Задача 3

Рассчитать КПР 2-метил-2-бутанол в воздухе. Расчет провести по аппроксимационной формуле.

Решение.

Запишем уравнение горения 2-метил-2-бутанол

С₅Н₁₂O +7,5 (О₂ + 3,76N₂) = 5CO₂ +6H₂O + 7,5∙3,76N₂,

Из уравнения получаем, что n = 7,5.

Рассчитаем нижний концентрационный предел распространения пламени по аппроксимационной формуле, воспользовавшись значениями a и b из табл. 3,

_Н = 100 = 100 = 1,43 %;

an+ b 8,684∙7,5+4,679

Аналогично рассчитаем верхний концентрационный предел распространения пламени, учитывая, что n = 7,5

_В = 100 = 100 = 8,12 %;

an+ b 0,768∙7,5+6,554

Экспериментальные значения КПР, приводимые в справочной литературе, составляют 1,86 и 8,41 %. Сравнивая их с расчетными убеждаемся, что для 2-метил-2-бутанол расхождение расчетных и экспериментальных данных небольшое.

Ответ: _Н = 1,43 %; _В = 8,12%;

Задача 4

Рассчитать значение МФК при разбавлении 2-метил-2-бутанол смеси водяным паром.

Решение.

МФК найдем из условия предельной адиабатической температуры горения стехиометрической 2-метил-2-бутанол смеси, где T_Г = 1500 К:

V_Ф = Q_Н – (Т_Г – Т₀)∑с_Pi V_ПГi

(Т_Г – Т₀) с_Pф

Поскольку при этих условиях сгорания идет в основном с образование СО, определим низшую теплоту сгорания 2-метил-2-бутанол для такого случая.

1. Запишем химическое уравнение горения 2-метил-2-бутанол

С₅Н₁₂O +2,5 (О₂ + 3,76N₂) = 5CO +6H₂O + 2,5∙3,76N₂

Низшая теплота сгорания 2-метил-2-бутанол по закону Гесса

Q_H = 5ΔH⁰_CO + 6ΔH⁰_H2O - ΔH⁰_C5H12О

Q_H = 5∙112,7 + 6∙242.2 – 330 = 1686,7 кДж/моль.

2. Составим уравнение материального баланса процесса горения 2-метил-2-бутанол, включив в него и флегматизатор (H₂O)

С₅Н₁₂O +2,5 (О₂ + 3,76N₂) = 5CO +6H₂O + 2,5∙3,76N₂,

V_Ф = Q_Н – (Т_Г – Т₀)∙Ср_CO∙V_CO + Ср_H2O∙V_H2O + Ср_N2∙V⁰_N2

(Т_Г – Т₀)∙ Ср_H2O

V_CO = 5 моль/моль;

V_H2O = 6 моль/моль;

V⁰_N2 = 2,5∙3,76 = 9,4 моль/моль.

V_Ф = 1686,7 – (1500 – 273)∙3,37∙10^-2∙5 + 3,98∙10^-2∙6 + 3,18∙10^-2∙9,4 =

(1500 – 273)∙ 3,98∙10^-2

= 16,79 моль/моль;

3. Запишем уравнение материального баланса для сгорания 2-метил-2-бутанол идеального газа:

С₅Н₁₂O +2,5 (О₂ + 3,76N₂) = 5CO +6H₂O + 2,5∙3,76N₂,

В исходной горючей смеси (левая часть уравнения) на 1 моль 2-метил-2-бутанол приходится n_О2 = 2,5 моль кислорода, n_N2 = 2,5∙3,76 моль азота и n_Ф = 16,79 моль флегматизатора.

4. Рассчитаем МФК паров воды:

_МФК = n_Ф∙100 = 16,79∙100 = 56,55%.

n_Г + n_О2 + n_N2 + n_Ф 1 + 2,5 + 9,4+ 16,79

Ответ: _МФК = 56,55 %.

Задача 5

Рассчитать концентрацию горючего 2-метил-2-бутанол в точке флегматизации.

Решение.

МФК найдем из условия предельной адиабатической температуры горения стехиометрической 2-метил-2-бутанол смеси, где T_Г = 1500 К:

V_Ф = Q_Н – (Т_Г – Т₀)∙с_Pi V_ПГi

(Т_Г – Т₀) с_Pф

Поскольку при этих условиях сгорания идет в основном с образование СО, определим низшую теплоту сгорания 2-метил-2-бутанол для такого случая.

1. Запишем химическое уравнение горения 2-метил-2-бутанол

С₅Н₁₂O +2,5 (О₂ + 3,76N₂) = 5CO +6H₂O + 2,5∙3,76N₂

Низшая теплота сгорания 2-метил-2-бутанол по закону Гесса

Q_H = 5ΔH⁰_CO + 6ΔH⁰_H2O - ΔH⁰_C5H12О

Q_H = 5∙112,7 + 6∙242.2 – 330 = 1686,7 кДж/моль.

2. Составим уравнение материального баланса процесса горения 2-метил-2-бутанол, включив в него и флегматизатор (H₂O)

С₅Н₁₂O +2,5 (О₂ + 3,76N₂) = 5CO +6H₂O + 2,5∙3,76N₂,

V_Ф = Q_Н – (Т_Г – Т₀)∙Ср_CO∙V_CO + Ср_H2O∙V_H2O + Ср_N2∙V⁰_N2∙

(Т_Г – Т₀)∙ Ср_H2O

V_CO = 5 моль/моль;

V_H2O = 6 моль/моль;

V⁰_N2 = 2,5∙3,76 = 9,4 моль/моль.

V_Ф = 1686,7 – (1500 – 273)∙3,37∙10^-2∙5 + 3,98∙10^-2∙6 + 3,18∙10^-2∙9,4 =

(1500 – 273)∙ 3,98∙10^-2

= 16,79 моль/моль;

3. Запишем уравнение материального баланса для сгорания 2-метил-2-бутанол идеального газа:

С₅Н₁₂O +2,5 (О₂ + 3,76N₂) = 5CO +6H₂O + 2,5∙3,76N₂,

В исходной горючей смеси (левая часть уравнения) на 1 моль 2-метил-2-бутанол приходится n_О2 = 2,5 моль кислорода, n_N2 = 2,53,76 моль азота и n_Ф = 16,79 моль флегматизатора.

4. Рассчитаем концентрацию горючего в точке флегматизации:

_Г(Ф) = n_Г∙100 = 1∙100 =3,37 %.

n_Г + n_О2 + n_N2 + n_Ф 1 +2,5 +9,4 + 16,79

Ответ: _Г(Ф) = 3,37 %.