Пример построения диаграммы

Пусть требуется построить диаграмму (рис. 4) для продуктов сго­рания газа подземной газификации, имеющего следующий объемный состав: H₂S = 0,6%; СО₂=10,3%; О₂ = 0,2%; СО =18,4%; Н₂=11,1%; СН₂=1,8% и N'₂=57,6% (N'₂ —атмосферный азот).

1. Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 м³ газа,

2. Объемный состав продуктов сгорания при α=1: объем трехатомных газов (без водяного пара)

объем водяных паров: примем содержание влаги в топливе d_t = =47,5 г/м³ и в воздухе d _в = 8 г/м³, тогда

Vh₂o = 0,01[Н₈ + 2CH₄ + 2С₂Я₄ + H₂S + 0,124 (d_T + αL₀d_в)] =

= 0,01 [11,1 + 2∙1,8 +0,6+ 0,124(47,5+ 0,907∙8,0)] = 0,221 м³/м³;

объем двухатомных газов

V_R2 = 0,79L₀ + 0,01N2 - 0,79. 0,907 + 0,01. 57,6 = 1,293 м³/м³; суммарный объем продуктов сгорания

V⁰ = ∑V = V_RO2 + V_H2O + V_R2 = 0,311 + 0,221+ 1,293= 1,825 м³/м³.

Объемный состав продуктов сгорания при α=1:

3. По найденному составу и значениям энтальпии и логарифма от­носительного давления отдельных компонентов, приведенным в табл. II.2—II.6, определим для разных температур с интервалом 50—100°С значения энтальпии и логарифма относительного давления для продук­та сгорания при α=1 (примем, что RO₂ представляет собой диоксид углерода, так как содержание SO₂ в газе незначительно).

Воспользуемся для этого правилом смешения:

H_α=1 = H (СO₂)∙ r (RO₂) + H (H₂O) ∙ r (Н₂O) + H (N'₂) ∙ r (R₂), кДж/кмоль,

(lgπ₀)_α=i= lgπ₀(CO₂) ∙ r(RO₂) + lgπ₀(H₂O) ∙ r(H₂O) + lgπ₀(N'₂) ∙ r(R₂).

4. Теперь можно построить кривые энтальпии и логарифма относи­
тельного давления для продуктов сгорания при α=1 и для воздуха в
функции температуры, откладываемой по горизонтальной оси диаграм­
мы. Интервал между кривыми энтальпии следует разделить на 10 (или
20) частей и соответствующие точки деления соединить плавными кри­
выми. Эти кривые будут соответствовать продуктам сгорания, содержа­
щим 90, 80, 70,..., 10% (или 95, 90, 85; 80;..., 5%) воздуха по объему
(если счет вести от кривой для воздуха).

Аналогичным образом можно построить промежуточные кривые ло­гарифма относительного давления [2].

5. Для удобства пользования диаграммой остается нанести:

а) прямую µRТ в функции температуры, причем для этого доста­
точно определить значения µRT [µR = 8,31441 кДж/(кмоль-К) для
двух-трех температур];

б) кривую зависимости r_в от α. Для построения этой кривой необ­
ходимо найти значения r_в для α = 2, 3,.... 15 по формуле

Например, при α = 6 для газа подземной газификации

По найденным значениям r_в в зависимости от α следует построить в удобном масштабе кривую, откладывая α по горизонтальной оси (см. диаграмму для газа подземной газификации, представленную на рис. 4);

в) кривую или шкалу логарифмов чисел lg φ ее следует строить в
том же масштабе, что и для логарифмов относительных давлений;

г) две прямые для определения молекулярной массы µ и плотности
газообразного продукта сгорания, отнесенной к нормальным условиям,
ρ, кг/м³.

Для построения этих прямых нужно определить µ продуктов сгора­ния при α=1 по найденному выше составу, пользуясь формулой

µ_пр.с = 44,01∙r(СО₂)+ 18,016r(Н₂O)+ 28,15r(N'₂)

(при расчете данных для построения диаграммы следует принимать значения H и lgπ₀ для атмосферного азота, молекулярная масса кото­рого µ=28,15). В нашем случае

µ_пр.с = 44,01 ∙ 0,1704+ 18,016 ∙ 0,1211 + 28,15 ∙ 0,7085= 29,62;

молекулярная масса влажного воздуха µ = 28,86.

Отложив в удобном масштабе по горизонтали значения молекуляр­ных масс, нанесем две точки: одну, соответствующую молекулярной массе воздуха при r_в=100%, и другую, соответствующую молекуляр­ной массе продукта сгорания, рассчитанной выше при r_в = 0 (α=1). Соединив эти точки прямой, можем определить молекулярную массу продукта сгорания при любом r_в, т. е. при любом значении α.

Аналогично строим кривую ρ.

В удобном масштабе по горизонтали откладываем значения р и на­носим две точки: одну, соответствующую ρ воздуха (ρ_в=µ_в/22,4146 = = 28,86/22,4146=1,288 кг/м³) и другую, соответствующую ρ продуктов сгорания при α=1 (ρ_пр._с = 29,62/22,4146= 1,322 кг/м³).

Соединив эти точки, получим прямую для определения р продуктов сгорания данного топлива при любом избытке воздуха.

Следует отметить, что диаграмма для продуктов сгорания данного топлива при любом избытке воздуха может быть построена не на 1 кмоль, а на 1 кг газа. Для этого необходимо только определить эн­тальпию на 1 кг продукта сгорания топлива при α=1 и 1 кг влажного воздуха (разделить мольную энтальпию газа на соответствующую мо­лекулярную массу) и в качестве параметра принять не объемное содер­жание воздуха в продуктах сгорания при данном избытке воздуха, а массовую его долю. Логарифм относительного давления не изменится, а построение диаграммы останется таким же, как и для моля газа.