Теория горения

1. C + (О 2 + 3,76 N 2 ) → СО 2 + 3,76 N 2

Н + 0,5· (О 2 + 3,76 N 2 ) → 0,5·Н 2 О + 0,5·3,76 N 2

2. Рассчитываем объём воздуха, необходимый для сгорания заданной массы
вещества при нормальных условиях.













m
830,267VСну
в

OS
Н

, м 3

где
 С ,  Н ,  S ,  O - массовые доли углерода, водорода, серы и кислорода в
горючем веществе, %;
m – масса горючего вещества, кг;
 - коэффициент избытка воздуха.

2,165152
8
100
6
3
60
0,267Vну
в








м 3
2. Определяем объём воздуха при заданных условиях:

РТ
ТРV
V

ну
нув,
в




ну

, м 3 ,

где
Р ну - атмосферное давление при нормальных условиях, Па;
Т ну - температура при нормальных условиях, К;
Р - заданное давление, Па;
Т - заданная температура, К.

256

013251732
234 325 1012,165
Vв





, м 3 ,
3. Рассчитываем объем продуктов горения при нормальных условиях:

3

.

25,7005,0

)2,375,99420(
100
1
)186,0672,0(116,1
100
5
48,0063,2)
8
10
6(21607
100
1

100
0
7,0)
100
15
24,1
100
6
2,11(
100
60
86,1
1008,063,2)

8(217
100
1

1007,0)
10024,1

1002,11(

10086,1

м
NSO

HC
SWНС

V

кнегор

теор
ПГ

























Рассчитываем объем продуктов горения при заданных условиях:
3
ПГ2,11
013251732
234 325 10125,7
Vм





Для 25 кг вещества объем продуктов горения при заданных условиях:
11,2·25=280 м 3
4. Рассчитаем низшую теплоту сгорания горючего вещества, используя
формулу Д.И. Менделеева.
)/(2463117251526754220340)1569(25)410(1096125760339
)9(25)(9,10812574,339

кгкДж

WНSNОНСQн


Для 25 кг вещества теплота сгорания горючего вещества: 24631·25=615775 кДж
5. Тепловой эффект реакции равен разности между суммой теплот
образования продуктов реакции и суммой теплот образования реагентов с
учётом их стехиометрических коэффициентов.
В практике пожарного дела под продуктами реакции следует понимать
продукты горения, а под реагентами - горючее вещество и окислитель.
Следовательно:
 о
.сгорН
= (n i  ofН

) пг - (n j  ofН

) гв , кДж/моль,

Где n i и n j – стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции горения;
o
298fН
- стандартные теплоты образования веществ, кДж/моль.

 о
.сгорН
= (n i  ofН

) пг - (n j  ofН

) гв , кДж/моль

6. Решение:

1. Определяем количество тепла, затраченного на нагрев продуктов горения.
а) По формуле Д.И.Менделеева находим низшую теплоту сгорания каменного
угля.

)/(2463117251526754220340)1569(25)410(1096125760339
)9(25)(9,10812574,339

кгкДж

WНSNОНСQн


Для 25 кг вещества теплота сгорания горючего вещества: 24631·25=615775 кДж
б) Если принять значение низшей теплоты сгорания за 100%, то на нагрев
продуктов горения 1 кг вещества сложного состава, с учетом недожога, будет
затрачено: 100% - 5% = 95% от значения низшей теплоты сгорания:

0,95  Q н , кДж/кг

Q пг = 0,95  24631 = 23399 (кДж/кг)

2. Рассчитываем объём продуктов горения 1кг вещества сложного состава при
нормальных условиях.
а) Рассчитываем объемы компонентов продуктов горения. Для этого можно
применить ниже приведенные формулы.
1001,86VСну
,1CO2




, м 3 /кг; 100
60
1,86V1,CO
2
ну

= 1,12 (м 3 /кг)

1001,24
10011,2VWНну
O,1H2




,м 3 /кг; 100
15
1,24
100
6
11,2Vну
O,1H2

= 0,86 (м 3 /кг)

100

)2,63(0,8217
VOSNHCну
1,N2



, м 3 /кг;

100

)102,63(40,862106 7
Vну
1,N2



= 5,22 (м 3 /кг)

б) Рассчитываем общий объем продуктов горения 1 кг вещества сложного
состава.

ну
1,N

ну
O,1H

ну
1,CO
ну
пг,1222VVVV

, м 3 /кг;
V п.г = 1,12 + 0,86 + 5,22 = 7,2 (м 3 /кг)

3. Рассчитываем среднюю энтальпию единицы объёма продуктов горения:

пг
пг
ср
V
Q
Н

, кДж/м 3 ; 7,2
23399
Нср

= 3250 (кДж/м 3 )

4. В продуктах горения наибольшее количество составляет N 2 , поэтому
принимаем, что именно ему соответствует расчётное значение средней
энтальпии (3250 кДж/м 3 ). По таблице находим ближайшее значение (3142,9),
которому соответствует температура горения 2373 К. Наличие в продуктах
горения СО 2 , H 2 O понижает температуру горения (приблизительно на 100 К).
Таким образом, выбираем температуру 2273 К, при которой ведем расчёт:

Т г,1 = 2273 К

2COH
= 1,12  4847,8= 5429,54 (кДж/м 3 )
OH2H
= 0,86  3928,5= 3378,51 (кДж/м 3 )
2NH
= 5,22  2979,9= 15555,1 (кДж/м 3 )
∆Н пг,1 = 24363,15 кДж/м 3

Сумма энтальпий продуктов горения при температуре 2273 К равна 24363,15
кДж/м 3 , что меньше значения Q пг (24631 кДж/м 3 ). Поэтому повышаем
температуру на 100 К и повторяем расчёт при Т г,2 = 2373 К

2COH
= 1,12  5118,2= 5732,38 (кДж/м 3 )
OH2H
= 0,86  4166,1= 3582,85 (кДж/м 3 )
2NH
= 5,22  3142,9= 16405,94 (кДж/м 3 )
∆Н пг,2 = 25721,17 кДж/м 3

Сумма энтальпий продуктов горения при температуре 2373 К равна 25721,17
кДж/м 3 ,что больше значения Q п.г. (24631кДж/м 3 ).
Таким образом, мы нашли два значения энтальпии продуктов горения
вещества сложного состава, одно из которых больше значения теплоты
продуктов горения, а другое – меньше. При этом разность соответствующих
температур составляет 100К.
Температуру горения вещества сложного состава находим методом
линейной интерполяции.

(1) 25721,17 кДж/м 3  2373 К
(2) 24631кДж/м 3  Т г

(3) 24363,15 кДж/м 3  2273 К

)Н(Q

НН
ТТ

ТТПГ,1н

ПГ,1ПГ,2
г,1г,2

г,1г






)15,24363(24631

15,2436325721,17
22732373

2273Тг






= 2292,8 (К)
Ответ: действительная температура вещества сложного состава в
заданных условиях составляет 2292,8 К.