Расчет теплоты сгорания веществ

Расчетные формулы

При расчетах теплового баланса на пожаре определяют, как правило, низшую теплоту сгорания. Количество тепла, выделяющегося при сгорании единицы массы (обьема) горючего при газообразном состоянии воды

,

где  – высшая теплота сгорания;  – низшая теплота сгорания;  – теплота испарения воды, образующейся при сгорании вещества.

Т а б л и ц а 1.5

Тип горючего Вещества	Расчетные формулы		Размерность
Индивидуальные вещества		(1.30)	кДж/моль
Вещества сложного состава (формула Менделеева)		(1.31)	кДж/кг     кДж/моль
Смесь газов		(1.32)	; кДж/

где ,  – соответственно теплота образования одного кмоля i -го конечного продукта горения и j -го исходного вещества; ,  – соответственно количество кмолей i -го продукта реакции и j -го исходного вещества в уравнении реакции горения; C, Н, S, W – соответственно содержание, % масс. углерода, водорода, серы и влаги в составе вещества; О – сумма кислорода и азота, % вес;  – низшая теплота сгорания i -го горючего компонента газовой смеси, кДЖ/моль;  – содержание i -го горючего компонента в газовой смеси, % об.

Расчет теплоты сгорания газовоздушных смесей проводят по формуле

,

(1.33)

где  – теплота сгорания газовоздушной смеси, кДж/ , кДж/моль;  – низшая теплота сгорания горючего вещества, кДж/ , кДж/моль;  – концентрация горючего в смеси с окислителем, % об.

 

Удельная скорость (интенсивность) тепловыделения при горении равна

,

(1.34)

где q – удельная интенсивность тепловыделения кВт/ ;  – массовая скорость выгорания, кг/().

Скорость тепловыделения при сгорании теплота пожара равна

,

(1.35)

где  – интенсивность тепловыделения, кВт; F – площадь горения, .

 

Примеры

П р и м е р 1. Определить низшую теплоту сгорания уксусной кислоты, если теплота ее образования 485,6 кДж/моль.

Р е ш е н и е. Для расчета по формуле (1.30) запишем уравнение горения уксусной кислоты в кислороде

;

.

Для расчета количества тепла, выделяющегося при горении на 1 кг горючего, необходимо полученную величину разделить на его молекулярную массу (64)

.

П р и м е р 2. Рассчитать низшую теплоту сгорания органической массы состава: С -62%, Н – 8%, О – 28%, S – 2%.

Р е ш е н и е. По формуле Д. И. Менделеева (1.31)

.

П р и м е р 3. Определить низшую теплоту сгорания газовой смеси, состоящей из  – 40%,  – 20%,  – 15%,  – 5%,  – 10%,  – 10%.

Р е ш е н и е. Для каждого горючего компонента смеси по формуле (1.30) находим теплоту сгорания (табл. 1.6).

 

Т а б л и ц а 1.6

Уравнение реакции	Теплота образования горючего, кДж/кмоль	Теплота сгорания, кДж/кмоль
	75
	132,4
	201,1
	46,1

По формуле (1.32) определим теплоту сгорания газовой смеси

.

Для определения теплоты сгорания 1  газовой смеси необходимо полученное значение разделить на объем, занимаемый 1 кмолем газа при стандартных условиях (24,2 ):

.

П р и м е р 4. Рассчитать теплоту сгорания 1  стехиометрической гексано-воздушной смеси.

Р е ш е н и е. Находим стехиометрический состав горючей смеси по управлению реакции горения

.

Теплоту сгорания 1  гексана определим по формуле (1.30)

,

.

 

Обьем одного кмоля газа при стандартных условиях равен 24,4 .

Теплоту сгорания 1  стехиометрической гексано-воздушной смеси определим по формуле (1.33)

.

П р и м е р 5. Определить интенсивность тепловыделения на пожаре органической массы (состав в примере 2), если скорость выгорания 0,015 кг/( с), а площадь 150 .

Р е ш е н и е. Согласно формуле (1.35):

.

 

Контрольные задачи

1. Определить низшую теплоту сгорания 1  этана, пропана, бутана, пентана и гексана. Построить зависимость  от молекулярной массы горючего. Теплота образования горючих веществ: этана – 66,4 кДж/моль, пропана – 109,4 кДж/моль, бутана – 232,4 кДж/моль, пентана – 184,4 кДж/моль, гексана – 211,2 кДж/моль.

2. Рассчитать теплоту сгорания 1  ацетилено-воздушной смеси на нижнем и верхнем концентрационных пределах воспламенения, а также при стехиометрической концентрации. Концентрационные пределы воспламенения (КПВ) ацетилена равны 2,0-81,0 %.

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.

3. Определить низшую теплоту сгорания 1 кг древесины состава С – 49%, Н – 8%, О – 43%. Какова удельная интенсивность тепловыделения на пожаре, если массовая скорость выгорания составляет 0,01 кг/()?

4. Для условия предыдущей задачи определить изменение теплоты сгорания и удельной интенсивности тепловыделения при содержании влаги в древесине (сверх 100%) в количестве 3, 5, 10 и 15%. Скорость выгорания влажной древесины соответственно снизится до 0,009, 0,008, 0,006 и 0,005 кг/(). Построить график зависимости  и q от содержания влаги в горючем материале.

Примечание. Для решения задачи необходимо пересчитать состава древесины с учетом влаги таким образом, чтобы содержание всех компонентов равнялось 100%.

5. Определить интенсивность тепловыделения, кВт, при горении газовой смеси состава: СО – 15%,  – 40%,  – 20%,  – 14%,  – 11%, если скорость истечении 0,8 .