Расчет по элементному составу вещества

В этом случае теоретический выход продуктов горения определяется как сумма продуктов горения каждого элемента, входящего в состав вещества.

Рассчитаем, сколько киломолей и какой теоретический объем продуктов горения образуется при сгорании 1 кг каждого элемента при нормальных условиях.

Для углерода:

1 кг n₁, х₁ м³ n₂, х₂ м³

С + (О₂ + 3,76N₂) = СО₂ + 3,76N₂

М=12 кг/кмоль 1кмоль;22,4 м³ 3,76кмоль; 3,76×22,4 м³

V(СО₂) = х₁ = = 1,87 м³

V(N₂) = х₂ = = 7,0 м³

Для водорода:

1 кг n₁, х₁ м³ n₂, х₂ м³

Н + 0,25(О₂ + 3,76N₂) = 0,5Н₂О + 0,25×3,76N₂

М=1 кг/кмоль 0,5кмоль; 0,5×22,4 м³ 0,25·3,76 кмоль; 0,25×3,76×22,4 м³

V(Н₂О) = х₁ = = 11,2 м³

V(N₂) = х₂ = = 21,0 м³

Для серы:

1 кг n₁, х₁ м³ n₂, х₂ м³

S + (О₂ + 3,76N₂) = SО₂ + 3,76N₂

М=32 кг/моль 1кмоль;22,4 м³ 3,76 кмоль;3,76×22,4 м³

V(SО₂) = х₁ = = 0,7 м³

V(N₂) = х₂ = = 2,63 м³

Для фосфора:

1 кг n₁, х₁ м³ n₂, х₂ м³

Р + 1,25(О₂ + 3,76N₂) = 0,5Р₂О₅ + 1,25×3,76N₂

31 кг 0,5кмоль; 0,5×22,4 м³ 1,25·3,76кмоль; 1,25×3,76×22,4 м³

V(Р₂О₅) = х₁ = = 0,36 м³

V(N₂) = х₂ = = 3,4 м³

В состав горючего вещества может входить азот, влага, которые удаляются вместе с продуктами горения.

Объем 1 кг азота при нормальных условиях составит:

V(N₂) = = 0,8 м³

При нормальных условиях 1 кг паров воды займет объем:

V(Н₂О) = = 1,24 м³

Если в состав горючего вещества входит кислород, то при горении он будет расходоваться на окисление горючих компонентов (углерода, водорода, серы, фосфора) и, поэтому из воздуха на горение будет израсходовано кислорода меньше на количество, которое содержалось в горючем веществе. Следовательно, в продуктах горения и азота будет меньше на количество, которое приходилось бы на кислород, если бы он находился не в горючем веществе, а в воздухе.

На 1 кг кислорода в воздухе будет приходиться объем азота, равный

V(N₂) = = 2,63 м³

Полученные значения выходов продуктов горения элементов приведены в таблице 2.

Таблица 2. Теоретический выход продуктов горения элементов сложных веществ при нормальных условиях

Элемент	Объем продуктов горения (м3) на 1 кг вещества
СО2	Н2О	SO2	Р2О5	N2
кмоль	м3	кмоль	м3	кмоль	м3	кмоль	м3	кмоль	м3
Углерод	0,083	1,86							0,313	7,0
Водород			0,5	11,2					0,94	21,0
Сера					0,031	0,7			0,118	2,63
Фосфор							0,016	0,36	0,152	3,4
Азот в горючем									0,036	0,8
Азот за счет кислорода в горючем									– 0,118	- 2,63
Влага в горючем			0,056	1,24

Используя данные таблицы можно определить количество и состав продуктов горения, а так же вычислить объем продуктов горения любого вещества с известным элементным составом при нормальных условиях.

Пусть w (С), w (Н), w (S), w (О),w (N) – – массовые доли элементов в веществе, %; w (W) – содержание влаги в веществе, %.

Тогда общие формулы для расчета каждого компонента продуктов горения при сгорании заданной массы (m) вещества будут иметь следующий вид:

Углекислый газ:

(10)

V(СО₂) = m× , м³ (11)

Вода:

m× , кмоль (12)

V(H₂O) = m× , м³ (13)

Оксид серы:

(14)

V(SО₂) = m× , м³ (15)

Азот:

m× (16)

V(N₂) = m× , м³ (17)

В случае, когда горение происходит при избытке воздуха, т.е. коэффициент избытка воздуха , при расчетах необходимо учесть остаточное содержание кислорода и азот в избытке воздуха:

В случае, если условия окружающей среды, по условиям задачи, отличаются от нормальных, полученный объем следует привести к заданным условиям.

Далее задача решается аналогично как для индивидуального химического вещества.