Объем и состав продуктов полного сгорания

Знание количества и состава продуктов горения позволяет вычислять такие характеристики процесса горения, как температуру горения, температуру взрыва и давление при взрыве. Продукты горения могут быть влажными и сухими. Во влажных продуктах объем водяных паров учитывается, а в сухих - нет. Объем продуктов горения выражается в метрах кубических на килограмм (м³/кг) или на метр кубический (м³/м³) горючего вещества, а состав - в объемных процентах.

Состав продуктов горения зависит от химической природы горючего материала и условий его горения. Практически всегда органические вещества горят с образованием продуктов полного и неполного горения.

К продуктам полного сгорания относятся: углекислый газ, образующийся при горении углерода, разложении карбонатов; водяной пар, образующийся при горении водорода и испарении влаги в исходном веществе; оксид серы (IV) SO₂ и азот – продукты горения соединений, содержащих серу и азот.

Продукты неполного сгорания – это оксид углерода (II) – угарный газ СО, сажа С, продукты термоокислительного разложения – смолы.

Неорганические вещества сгорают, как правило, до соответствующих оксидов.

Выход продуктов неполного горения количественно установить невозможно из-за чрезвычайной сложности их состава, поэтому материальный баланс процесса горения рассчитывается из предположения, что вещество сгорает полностью до конечных продуктов. При этом в состав продуктов горения включают также азот воздуха, израсходованного на горение, и избыток воздуха при a > 1.

Как и в случае расчета объема воздуха, необходимого для горения, свои особенности имеет расчет продуктов горения для индивидуальных веществ, смеси газов и веществ с известным элементным составом.

В случае, когда горючее – индивидуальное химическое соединение, расчет объема продуктов горения ведется по уравнению реакции горения:

, м³

где:

V_пг - объем продуктов горения;

- общее число кмолей продуктов горения, которые выделяются при сгорании одного кмоля горючего вещества:

= n₁(СО₂) +n₂(Н₂O) +n₃(SO₂) +n₄(HCl) + n₅(N₂) +..;

m - масса горючего вещества, кг;

V_M - объем кмоля продуктов горения;

М - молярная масса горючего вещества, кг/м³.

Если горение протекает с избытком воздуха, то при расчете общего числа кмолей продуктов горения учитывается избыточное число кмолей кислорода и азота:

⁼ ( -1) - число кмолей кислорода в избытке вздуха (остаточного кислорода);

= 3,76· ( -1) - число кмолей азота в избытке воздуха.

Процентный состав продуктов горения рассчитывается, исходя из общего числа кмолей продуктов горения. Общее число кмолей продуктов горения ( = n₁CO₂) + n₂(H₂O) + n₃(SO₂) + n₄(НСl) + n₅(N₂) + + ) принимается за 100% и вычисляется процентное содержание каждого компонента продуктов горения.

φ(СО₂) = n₁(СО₂)·100/∑n_i; %; φ(Н₂О) = n₂(H₂O) ·100/∑n_i; %;

φ(SО₂) = n₃(SО₂)·100/∑n_i; %; φ(НСl) = n₄(HCl) ·100/∑n_i; %;

φ(N₂) = [n₅ (N₂)+Δn_азота]·100/∑n_i; %;

φ(O₂) = Δn_кисл · 100/∑n_i; %.

Если требуется рассчитать объем отдельного компонента продуктов горения, выделившегося при сгорании данного весового количества вещества, то такой расчет ведут по формуле:

; м³;