Примеры решения задач
Пример №1 Определить низшую теплоту сгорания уксусной кислоты, если теплота ее образования 485,6 кДж/моль;
Решение: Для расчета по формуле (2.2) запишем уравнение горения уксусной кислоты в кислороде:
СН3СООН+2О2=2СО2+2Н2О;
QH=(2∙396,9+2∙242,2-1∙485,6)=792,6 кДж/моль=792,6∙103 кДж/моль;
Для расчета количества тепла, выделяющегося при горении 1кг горючего, необходимо полученную величину разделить на его молекулярную масса (64):
QH=792,6∙103/64=12384кДж/кг.
Пример №2
Рассчитать низшую теплоту сгорания органической массы состава:
С-62%, Н-8%, О-28%, S-2%.
Решение: По формуле Д.И.Менделеева (2.3)
QH=339,4∙62+1257∙8-108,9(28-2)-25,1∙9∙8=26460кДж/кг.
Пример №3
Определить низшую теплоту сгорания газовой смеси, состоящей из
СН4-40%, С4Н10-20%, О2-15%, Н2S-5%, NH3-10%, CO2-10%
Решение: Для каждого горючего компонента смеси по формуле (2.2) находим теплоты сгорания (табл.2.2)
Таблица 2.2.
Уравнение реакции |
Теплота образования горючего, 103 кДж/моль; |
Теплота сгорания, 10-3 кДж/моль; |
СН4+2О2=СО2+2Н2О |
333,5 |
QH=1∙396,9+2∙242,2-333,5=547,8 |
C4H10+5,6O2=4CO2+5H2O |
132,4 |
QH=4∙396,9+5∙242,2-132,5=2666,1 |
H2S+1,5O2=H2O+SO2 |
201,1 |
QH=242,2+297,5=201,1=338,6 |
NH3+0,75O2=1,4H2O+0,5N2 |
46,1 |
QH=1,5∙242,2-46,1=317,2 |
По формуле (2.4) определим теплоту сгорания газовой смеси:
QH=1/100∙(547.8∙40+2666,1∙20+338,6∙5+317,2∙10)103=1020∙103 кДж/кг.
Для определения теплоты сгорания 1м3газовой смеси необходимо полученное значение разделить на объем, занимаемый 1 Кмолем газа при стандартных условиях(24,4м3):
QH=1020∙10 3/24,4=41803 кДж/кг.
Пример №4
Рассчитать теплоту сгорания 1м3 стехиометрической гексано - воздушной смеси.
Решение: Находим стехиометрический состав горючей смеси по уравнению реакции горения:
C6H14+9,5O2+9,5∙3,76N2=6CO2+7H2O=9,5∙3,76N
Весь объем вступивших в реакцию компонентов(1+9,5+9,5∙3,76) принимаем за 100%,а количество горючего (1кмоль) будет соответствовать стехиометрической концентрации:
Φст=
Теплоту сгорания 1м3 гексана определим по формуле (2.2) или по табл. Приложения3.
QH=
103=170,1
103
кДж/м3
Теплоту сгорания 1м3стехиометрической гексано- воздушной смеси определим по формуле (2.5.):
QH см=170,1∙103∙2,2/100=3742 кДж/м3
Пример №5
Определить интенсивность тепловыделения на пожаре органической массы (состав в примере 2), если скорость выгорания 0,015кг/(м2/с), а площадь пожара 150м2.
Решение: согласно формуле (2.7): QH=26460,0∙0,15∙150=59,5∙103кВт
Контрольные задачи
Определить низшую теплоту сгорания 1м3этана, пропана, пентана, гексана. Построить график зависимости от молекулярной массы горючего. Теплоты образования горючих веществ: этан-88,4кДж/моль, пропан-109,4 кДж/моль,бутан-132,4 кДж/моль,пентан-184,4 кДж/моль,гексан-211,2 кДж/моль.
Рассчитать теплоту сгорания 1м3ацетилено-воздушной смеси на нижнем и верхнем концентрационных пределах воспламенения, а так же при стехиометрической концентрации. КПВ ацетилена равна 2,0+81% Примечание: Построить график зависимости низшей теплоты сгорания от концентрации горючего в воздухе. При расчете теплоты сгорания смеси на ВКПВ необходимо учесть , что только часть горючего способна полностью окислиться в воздухе, остальное количество горючего не вступит в реакцию горения, вследствие недостатка окислителя.
Определить низшую теплоту сгорания 2кг древесины состава: С-49%, Н-8%, О-43%. Какова удельная интенсивность тепловыделения на пожаре, если массовая скорость выгорания составляет 0,01кг/(м2/с)?
Для условия предыдущей задачи определить изменения теплоты и удельной интенсивности тепловыделения при содержании влаги в древесине(сверх 100%)в количестве 3,5,10,15%. Скорость выгорания влажной древесины соответственно снизиться до 0,009; 0,008; 0,006; 0,005 кг/(м2/с). Построить график зависимости QH,q
от содержания влаги в горючем материале. Примечание: для решения задачи необходимо пересчитать состав древесины с учетом влаги таким образом, чтобы содержание всех компонентов равнялось100%.
5. Определить интенсивность тепловыделения кВт, при горении газовой смеси состава: СО-15%, С4Н8-40%, О2-20%, Н2-14%, СО2-11%., если скорость истечения 0,8м3/с.