Горючее - смесь газов

Горючее - конденсированное вещество неизвестного строения, но с известным элементным составом

О

Горючее - индивидуальное химическое соединение

В этом случае теоретический объем воздуха V_B° определяют непосредственно из уравнения материального баланса с помощью известного следствия из закона Авогадро. Рассмотрим расчет на примере ацетона. Уравнение реакции горения ацетона в воздухе:

С₃Н₆0 + 4 (0₂ + 3,76N₂) = 3C0₂ +ЗН₂0 + 4-3,76N₂. По уравнению на 1 кмоль ацетона расходуется 4(1+3,76) = 19,04 кмоля

воздуха, значит, п_в° = 19,04 кмоль/кмоль ацетона (или м /м для пара). Известно, что 1 кмоль газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 м, поэтому необходимый объем воздуха на 1 кмоль ацетона будет равен:

V_B° = 22,4-19,04 - 426,5 (м³ /кмоль). Молекулярная масса ацетона М_ац= 12-3+6+16=58 (г/моль), т.е. масса 1 кмоля равна 58 кг. Отсюда, в расчете на 1 кг ацетона

V_B° = 426,5/58 = 7,35 (м³/кг). В таблице 1 приведены результаты выполненных вычислений.

Теоретический расход воздуха на горение ацетона

Таблица 1

Пи	VR, м3 /м3	v„.	VR м3/кг
19,04	19,04	426,5	7,35

Как видно из таблицы, величина V_B° зависит от ее размерности. В общем виде ход приведенных вычислений можно записать с помощью простых формул:

п_в° = р-(1 + 3,76) = 4,76-0 (кмоль/кмоль), где (3 — стехиометрический коэффициент воздуха (кислорода) в уравнении материального баланса.

V_B° = 22,4-4,76-(3 = 106,6-р (м³ /кмоль), V_B°= 106,6 (3/М_Г (м³/кг), где М_г — молекулярная (атомная) масса горючего (кг/кмоль).

Если нужно привести теоретический объем воздуха к условиям, отличным от нормальных, то используется известная формула объединенного газового закона:

P⁰V_b°/T° = PV_b7T,

° ° 5

где Т =273 К, Р =1 х 10 Па, Р и Т - заданные давление и температура.

Такими веществами являются, например, древесина, торф, каменный уголь, полимеры и др. При их горении кислород воздуха расходуется на окисление элементов С, Н, S и др. Здесь при определении V_B° необходимо обязательно учитывать кислород, содержащийся в самом веществе.

Теоретический объем воздуха для конденсированного вещества равен сумме теоретических объемов воздуха на горение каждого элемента:

V_B° - V_B°_[C] • [С] /100 + V_B°_[H] -[Н] /100 + V_B°_[S] -[S] /100 - V_B°_[0] -[О] /100 (м³/кг),

где V_B°[, ] - теоретические объемы воздуха, необходимые для горения элементов С, Н и S (м ³/кг);

V_B°[o] — объем воздуха, в котором содержится 1 кг кислорода (м /кг); [С], [Н], [S], [О] - содержание элементов в горючем веществе (%масс.) соответственно.

Теоретическое количество воздуха для каждого элемента определяется с помощью рассмотренных ранее выражений.

Наиболее распространенные горючие газовые смеси - ископаемые (природный, попутный нефтяной) и промышленные (доменный, коксовый,

генераторный и т.п.) газы. Они содержат СН4, С₂Н₆, Н₂0, СО, Н₂, N₂ и другие вещества. Состав газов выражается обычно в объемных процентах. Алгоритм расчета объема воздуха для полного сгорания таких смесей: 1) для каждого горючего компонента находят (см. выше) теоретический объем воздуха с учетом его концентрации в смеси; полученные величины суммируются:

Z Pi<Pi - <Ро2

4,76 100

мъ /м~

_ /=1

V t

Е А (Р, ~(Рог

где Pi - стехиометрический коэффициент при воздухе в уравнении горения i-го компонента горючей смеси; ф, и фо₂ - концентрации i-го горючего компонента и кислорода в

смеси (% об.); к - число горючих компонентов в смеси. На реальных пожарах количество участвующего в открытом горении воздуха больше теоретического.

Коэффициент избытка воздуха а - отношение объема воздуха, практически расходуемого на горение, к теоретическому объему, необходимому для полного сгорания:

а = V_B^np / V_B°.

Коэффициент избытка воздуха показывает, во сколько раз реальный расход воздуха больше теоретического. Удля горючих смесей стехиометрического состава коэффициент избытка воздуха а = 1, т.е. реальный расход воздуха, приведенный к нормальным условиям, равен теоретическому. При а > 1 горючую смесь называют бедной по горючему компоненту, а при а < 1 - богатой. В бедной смеси имеется избыток воздуха, который не расходуется и переходит в продукты горения. Разность между практическим и
теоретическим объемами называется избытком воздуха. Его можно вычислить по формуле:

AV_B=V_B^np-V_B°.

Диффузионное горение большинства горючих материалов возможно только до определенной пороговой концентрации кислорода (для большинства органических веществ до 12-16 % об. 0₂). Зная содержание кислорода в продуктах горения фог"^г, можно определить коэффициент избытка воздуха на реальном пожаре:

а = 21/(21 -ф₀₂^пг) и далее - практический расход воздуха на горение.