STECHIOMETRIA SPALANIA
Masa atomowa pierwiastka to średnia waŜona mas wszystkich jego naturalnych izotopów w stosunku do:
1/12 6C ~ 1,66 10-27 kg
12
Liczba Avogadra ~
6,0222 1023 atomów
Jeden mol jest to masa 6,0222 1023 (l. Avogadra) atomów danego pierwiastka lub cząsteczek związku
Objętość molowa (g. doskonały)
22,414 l/mol
Kmol:
103 moli
Masa molowa jest to ilość substancji wyraŜonej w gramach odpowiadającej liczbowo masie atomowej (cząsteczkowej) tej substancji.
Reakcje chemiczne:
A + 2B → C
1 mol + 2 mole → 1 mol
A, B i C są to reagenty. A i B są substratami, C jest produktem.
Współczynniki występujące przed symbolami
reagentów to: współczynniki stechiometryczne.
Ze związków między współczynnikami stechiometrycznymi wynika stechiometria spalania i inne pochodne pojęcia.
Paliwa kopalne to przede wszystkim związki węgla i wodoru (C H ). Reakcję ich utleniania moŜna zapisać m
n
równaniem stechiometrycznym:
C H + (m + n/4)O → mCO + n/2H O
m
n
2
2
2
1 mol + (m + n/4)moli → (m +n/2)moli Jest to równanie stechiometrii spalania:
Na jeden mol paliwa przypada dokładnie:
(m + n/4)moli tlenu
Mówi się, Ŝe skład mieszanki jest stechiometryczny, jeŜeli udziały paliwa i utleniacza wynikają z równania stechiometrii.
W wyniku zupełnego spalania mieszanki o składzie stechiometrycznym w spalinach nie moŜe być:
ani paliwa, ani tlenu.
RODZAJ MIESZANKI
Bogata
Stechiometryczna
Uboga
SPALANIE METANU W POWIETRZU
A. Spalanie stechiometryczne
Powietrze: 79% N + 21% O
2
2
CH + 2O + 7,52N → CO + 2H O + 7,52N
4
2
2
2
2
2
Uwaga: w spalinach nie ma metanu, ani tlenu.
Spalanie stechiometryczne CH - SKŁAD SPALIN
4
Całkowita liczba moli spalin N równa się: N = 1 mol CO + 2 mole H O + 7,52 mola N = 10,52
2
2
2
mole
Udziały molowe składników spalin, wg analizy mokrej (woda w postaci pary) przedstawiają się następująco:
[CO ] = 1mol CO /10,52 =
9,5% CO obj.
2
2
2
[H O] = 2 mole H O/10,52 = 19% H O obj.
2
2
2
[N ] = 7,52 mola N /10,52 = 71,5% N obj.
2
2
2
SPALANIE METANU W POWIETRZU
B. Spalanie z nadmiarem powietrza
ZałoŜenie: nadmiar powietrza: 5%
CH + 2,1O + 7,9N → CO + 2H O + 7,9N
4
2
2
2
2
2
+ 0,1O2
Uwaga: w spalinach jest tlen.
Spalanie CH z nadmiarem powietrza -
4
SKŁAD SPALIN
Całkowita liczba moli spalin N równa się: N = 1 mol CO + 2 mole H O + 7,9 mola N + 0,1
2
2
2
mola O = 11 moli
2
Udziały molowe składników spalin, wg analizy mokrej (woda w postaci pary) przedstawiają się następująco:
[CO ] = 1mol CO /11 =
9,09% CO obj.
2
2
2
[H O] = 2 mole H O/11 =
18,2% H O obj.
2
2
2
[O ] = 0,1 mola O /11 =
0,91% O obj.
2
2
2
[N ] = 7,52 mola N /10,52 = 71,82% N obj.
2
2
2
DO SPALANIA
Teoretyczne zapotrzebowanie powietrza
do
spalania oznacza ilość powietrza przypadającego na jednostkę paliwa w stechiometrycznej mieszane palnej.
Dla paliw gazowych określa się je w m3/m3 w warunkach normalnych.
Rzeczywiste zapotrzebowanie powietrza do spalania zaleŜy od załoŜonego nadmiaru powietrza.
POWIETRZA (λ)
całkowita ilość powietrza do spalania
λ =
teoretyczna ilość powietrza do spalania
20,9
λ ≅
20,9 – [0 ]
2
(FUEL RATIO φ )
W literaturze angielskojęzycznej częściej niŜ współczynnikiem nadmiaru powietrza λ posługuje się współczynnikiem φ.
F/A
φ =
(F/A)s
φ =
1
λ
F – ilość moli paliwa,
A – ilość moli powietrza
s - stechiometryczny
FUEL/AIR RATIO (FAR)
Ze względu na łatwość wyznaczania w praktyce zastosowanie ma stosunek strumienia powietrza do paliwa określany jako AFR
(Air/Fuel Ratio)
AFR =
F/A
A – strumień powietrza (A – air), kg/s
F – strumień paliwa (F – fuel), kg/s
Podobnie definiuje się FAR (Fuel/Air Ratio).
POWIETRZA A RODZAJ PŁOMIENIA
Rodzaj płomienia (lub składu mieszanki)
Bogaty
Stechiometryczny
Ubogi
λ <1
λ =1
λ >1
φ > 1
φ = 1
φ < 1
N D
A M
D
I
M A
I R
A
R P
O
P W
O
I
W E
I T
E R
T Z
R A
Z
A (
n
( )
całkowita - teoretyczna ilość powietrza do spalania
n =
teoretyczna ilość powietrza do spalania
Związek współczynnika nadmiaru pow. i nadmiaru powietrza
n = (λ -1)∗100%
DO SPALANIA GAZÓW
Gaz
Zapotrzebowanie powietrza
(teoretyczne), m3/ m3
CO
2,38
H
2,38
2
CH
9,52
4
C H
11,90
2
2
C H
16,70
2
6
C H
23,80
3
8
Gaz ziemny
7,80 (ok. 82% CH )4
Teoretyczne zapotrzebowanie powietrza do spalania CH4
wynosi 9,52 m3 /m3
Przyjmując:
strumień metanu V = 10 m3/h
strumień powietrza V = 114,62 m3/h
otrzymuje się: λ= 114,62/(10*9,52)= 114,62/95,2 = 1,2
n = (1,2 – 1,0)∗100% = 20%