Температура горения (практическое занятие)

Это максимальная температура в зоне горения, до которой нагреваются продукты горения. 

В зависимости от условий, в которых протекает процесс горения различают:

1) калориметрическую

2) теоретическую

3) адиабатическую

4) действительную температуры горения.

Калориметрическая температура горения это температура, до которой нагреваются продукты горения при соблюдении следующих условий:
1) все тепло, выделившееся в процессе реакции, идет на нагревание продуктов горения;
2) происходит полное сгорание стехиометрической горючей смеси, коэффициент избытка воздуха α_В = 1;
3) в процессе образования продуктов горения не происходит их диссоциация;
4) горючая смесь находится при начальной температуре 273К и давлении 101,3 кПа.

Теоретическая температура горения отличается от калориметрической тем, что в расчетах учитываются потери тепла на диссоциацию продуктов горения (при температурах выше 1700^оС)

Адиабатическая температура горения определяется для не стехиометрической горючей смеси (α_В ≠ 1)

Действительная температура горения — это температура, до которой нагреваются продукты горения в реальных условиях. Она намного ниже теоретической, калориметрической и адиабатической, т.к. в реальных условиях до 40 % теплоты горения обычно теряется на излучение, недожог, нагрев избытка воздуха и т.д.

Температуру горения используют при расчетах давления взрыва, для определения площади легкосбрасываемых конструкций, температуры пожара и других параметров.

Температура горения зависит от состава горючего материала, условий горения: разбавления продуктов горения избыточным воздухом, температуры воздуха, полноты сгорания исходного горючего материала.

Задача вычисления адиабатической температуры горения сводится к нахождению такой температуры (Т'), при которой наблюдается равенство внутренних энергий исходных веществ и продуктов их горения.

Расчет температуры горения может быть проведен методом последовательных приближений

1. Определяем объем и состав продуктов горения
2. Находим низшую теплоту сгорания данного горючего вещества
3. Находим среднее значение энтальпии продуктов горения по формуле

 

1. По табл.1 выбираем, ориентируясь на азот, первую приближенную температуру горения Т ₁

5. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при температуре Т ₁

 

1. Если Q`ПГ > QН, то T₂ < T₁ понижаем температуру на 100^оС и рассчитываем Q``ПГ
2.  Расчёт проводим до получения Q``_ПГ < Q_Н < Q`_ПГ
3.  Температуру горения рассчитываем по формуле

 

 

Если при горении есть избыток воздуха, то он суммируется с V продуктов горения.

Таблица 1

Теплосодержание газов при постоянном давлении

Температура, °С	Теплосодержание, кДж/моль
	О2	N2	Воздух	СО2	Н2О	SО2
0	0	0	0	0	0	0
100	3,0	2,9	2,9	3,8	3,3	4,1
200	6,0	5,8	5,8	8,0	6,8	8,5
300	9,1	8,8	8,9	12,5	10,4	13,2
400	12,4	11,8	11,9	17,3	14,0	18,2
500	15,7	14,9	15,1	22,3	17,8	23,3
600	19,1	18,1	18,3	27,5	21,7	28,5
700	22,5	21,3	21,5	32,8	25,8	33,9
800	26,0	24,6	24,8	38,2	29,9	39,3
900	29,6	28,0	28,2	43,8	34,2	44,8
1000	33,1	31,3	31,6	49,4	38,6	50,3
1100	36,8	34,8	35,1	55,1	43,2	55,9
1200	40,4	38,2	38,6	60,9	47,8	61,5
1300	44,0	41,7	42,1	66,8	52,6	67,2
1400	47,7	45,3	45,6	72,7	57,4	72,8
1500	51,5	48,8	49,2	78,6	62,3	78,4
1600	55,2	52,4	52,8	84,6	67,3	84,1
1700	59,0	55,9	56,4	90,5	72,4	89,8
1800	62,8	59,5	60,0	96,6	77,6	95,6
1900	66,6	63,1	63,6	102,6	82,8	101,2
2000	70,4	66,8	67,3	108,6	88,1	107,1
2100	74,2	70,4	71,0	114,7	93,4	112,7
2200	78,1	74,1	71,7	120,8	98,8	110,5
2300	82,0	77,8	78,4	126,9	104,2	124,2
2400	85,9	81,5	82,1	133,0	109,6	130,0
2500	89,9	85,1	85,9	139,1	115,1	135,8
2600	94,0	89,0	89,3	145,3	119,4	141.6
2700	97,9	92,6	93,1	101,5	124,8	147,3
2800	101,8	96,4	96,8	107,6	130,3	153,0
2900	105,1	100,5	100,5	163,8	135,8	158,8
3000	110,1	103,8	104,2	169.9	141,2	164,7

 

 

П р и м е р 1. Определить адиабатическую температуру горения этилового спирта в воздухе.

 

Р е ш е н и е. Расчет проводим по схеме, приведенной выше

 

1. Так как горючее - индивидуальное вещество, для определения объема и состава продуктов горения запишем уравнение химической реакции горения

C₂H₅OH + 3O₂ + 3×3,76N₂ = 2CO₂ + 3H₂O + 3×3,76N₂.

Следовательно, продукты горения состоят из: V( CO₂)= 2 моля, V( H₂O) =3 моля, V( N₂)= 11,28 моля,         V ( ПГ)= 16,28 моля.

 

2. Находим низшую теплоту сгорания данного горючего вещества

ΔН= 2×(-396,9) + 3×(-242,2) – (- 278,2) = -1242,2 кДж/моль.

Q _Н = 1242,2 кДж/моль

 

3. Средняя энтальпия продуктов горения

H _ср =1242,2/16,28=76,3 кДж/моль

 

 

4. Так как H _ср выражена в кДж/моль, по табл. 1 выбираем, ориентируясь на азот, первую приближенную температуру горения Т ₁ = 2200 ^oС.

 

5. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при 2100 ^оС по формуле

 

Q _ПГ^` = 120,8×2 + 98,8×3 + 74,1×11,28 = 1373,8 кДж/моль

6. Сравниваем Q _Н и Q _ПГ^{`</sup>, так как Q <sub>ПГ</sub><sup>`} > Q _Н, выбираем температуру горения на 100^оС ниже равную 2100 ^оС.

 

7. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при 2100 ^оС:

Q _ПГ^`` = 114,7×2 + 93,4×3 + 70,4×11,28 = 1303,7 кДж/моль.

Опять сравниваем Q _Н и Q _ПГ^{``</sup>, так как Q <sub>ПГ</sub><sup>``} > Q _Н, выбираем температуру горения на 100^оС ниже равную 2000 ^оС.

Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при 2000 ^оС:

Q _ПГ^``` = 108,6×2 + 88,1,6×3 + 66,8×11,28 = 1235 кДж/моль.

 

8. Так как   Q _ПГ^``< Q _Н< Q _ПГ^`, определим температуру горения по формуле

                                                           

 

 

Самостоятельное задание. ( выполнить в рабочей тетради после лабораторной работы, прислать на почту mitrofanovanngasu@yandex.ru  по 20.04)

Определить, как изменяется калориметрическая температура горения в гомологическом ряду предельных углеводородов (на примере метана, этана, пропана, пентана и гептана). Построить график зависимости температуры горения от молекулярной массы горючего вещества.