Задача 1 Рассчитать объем и массу окислительной среды, необходимые для горения

Задача 1
Рассчитать объем и массу окислительной среды, необходимые для горения i-го горючего вещества (табл. 1.1)
Таблица 1.1

Номер варианта	Горючее вещество	Химическая формула	Кол-во горючего	Состав окислительной среды	Условия горения
16	Глицерин	С3Н8О3	1 кг	Воздух	Т = 305 К Р = 101300 Па  = 1,9

Решение
Горючее вещество является индивидуальным химическим соединением, поэтому для расчета объема воздуха надо пользоваться формулой (1.3, б). Запишем уравнение химической реакции горения С₃Н₈О₃ в воздухе
С₃Н₈О₃ + 3,5 О₂ + 3,53,76 N₂ = 3СО₂ + 4Н₂О + 3,53,76 N₂
найдем
Молекулярная масса глицерина М = 312 + 81 + 316 = 92.
Объем 1 кмоля газа при нормальных условиях составляет 22,4 м³

Из формулы (1.7) рассчитываем практическое количество воздуха при нормальных условиях

Находим количество воздуха, пошедшего на горение вещества при заданных условиях горения. Используя формулу (1.6), получим


Задача 2
Рассчитать объем образующихся продуктов, м³, и содержание в них азота (% об.) при горении i-го вещества (табл. 1.2)
Таблица 1.2

Номер варианта	Горючее вещество	Химическая формула	Кол-во горючего	Состав окислительной среды	Условия горения
4	Смесь газов	СН4 – 20% С3Н8 – 65% О2 – 15%	1 м^3	Воздух	Тг = 1480 К Р = 101300 Па  = 2,4

Решение
Горючее – смесь газов (формула 1.23)
СН₄ + 2О₂ + 23,76 N₂ = СО₂ + 2Н₂О + 23,76 N₂
С₃Н₈ + 5О₂ + 53,76 N₂ = 3СО₂ + 4Н₂О + 53,76 N₂
Объем продуктов горения определим по формуле (1.23)


Так как газовая смесь содержит в составе кислород, он будет окислять часть горючих компонентов, следовательно, понизится расход воздуха (формула 1.5)
В этом случае теоретический объем азота удобнее определять по формуле (1.29)

Теоретический объем продуктов горения

Практический объем продуктов горения (формулы 1.24, 1.25)

Объем продуктов горения при температуре 1480 К

Задача 3
Определить низшую теплоту сгорания 1 м³ этана, пропана, бутана, пентана и гексана. Построить зависимость Q_н от молекулярной массы горючего. Теплота образования горючих веществ; этана – 88,4 кДж/моль, пропана – 109,4 кДж/моль, бутана – 232,4 кДж/моль, пентана – 184,4 кДж/моль, гексана – 211,2 кДж/моль.
Решение
Для расчета по формуле (1.30) запишем уравнение горения этана в кислороде
С₂Н₆ + 3,5О₂ = 2СО₂ + 3Н₂О
Q_н = (2396,9 + 3242,2 – 88,4) = 1432 кДж/моль = 143210³ кДж/кмоль
Для определения теплоты сгорания 1 м³ этана необходимо полученное значение разделить на объем, занимаемый 1 кмолем газа при стандартных условиях

Для расчета по формуле (1.30) запишем уравнение горения пропана в кислороде
С₃Н₈ + 5О₂ = 3СО₂ + 4Н₂О
Q_н = (3396,9 + 4242,2 – 109,4) = 2050,1 кДж/моль = 2050,110³ кДж/кмоль
Для определения теплоты сгорания 1 м³ пропана необходимо полученное значение разделить на объем, занимаемый 1 кмолем газа при стандартных условиях

Для расчета по формуле (1.30) запишем уравнение горения бутана в кислороде
С₄Н₁₀ + 6,5О₂ = 4СО₂ + 5Н₂О
Q_н = (4396,9 + 5242,2 – 232,4) = 2566,2 кДж/моль = 2566,210³ кДж/кмоль
Для определения теплоты сгорания 1 м³ бутана необходимо полученное значение разделить на объем, занимаемый 1 кмолем газа при стандартных условиях

Для расчета по формуле (1.30) запишем уравнение горения пентана в кислороде
С₅Н₁₂ + 8О₂ = 5СО₂ + 6Н₂О
Q_н = (5396,9 + 6242,2 – 184,4) = 3253,3 кДж/моль = 3253,310³ кДж/кмоль
Для определения теплоты сгорания 1 м³ пентана необходимо полученное значение разделить на объем, занимаемый 1 кмолем газа при стандартных условиях

Для расчета по формуле (1.30) запишем уравнение горения гексана в кислороде
С₆Н₁₄ + 9,5О₂ = 6СО₂ + 7Н₂О
Q_н = (6396,9 + 7242,2 – 211,2) = 3865,6 кДж/моль = 3865,610³ кДж/кмоль
Для определения теплоты сгорания 1 м³ гексана необходимо полученное значение разделить на объем, занимаемый 1 кмолем газа при стандартных условиях

Построим зависимость Q_н от молекулярной массы горючего: