Patrycja Kąkol 07.11.2012

nr indeksu : 186504

grupa: środa TN, godz. 17⁰⁵

SPRAWOZDANIE NR 2

TEMAT: Obliczenie efektu spalania wybranego asortymentu biomasy w powietrzu z efektem spalania równoważnej mieszaniny pierwiastków

1. Wykorzystane dane obliczeniowe

Grupa	n	Biomasa	HHV	C	H	N	S	Cl	O	popiół
5	16	zboża	18610	46,5	6,1	1,2	0,1	0,2	42,0	3,9

Należało obliczyć ilość tlenu jaki brał udział w reakcji spalania biomasy w reaktorze.

Reakcje spalania biomasy:

n_O2(1): C + O₂ -> CO₂

n_O2(2): 2S + 3O₂ -> 2SO₃

n_O2(3): 2H₂ + O₂ -> 2H₂O

Z reakcji spalania biomasy, obliczono ilość tlenu jaka jest potrzebna do przeprowadzenia procesu.

• C

$$n_{O_{2}\left( 1 \right)} = \frac{3,872 \bullet 1}{1} = 3,872\ mola$$

• S

$$n_{O_{2}\left( 2 \right)} = \frac{0,003 \bullet 3}{2} = 0,004\ mola$$

• H₂

$$n_{O_{2}\left( 3 \right)} = \frac{3,020 \bullet 1}{2} = 1,510\ mola$$

• całkowita ilość moli tlenu

n_{O2(calkowite)} = 3, 872 + 0, 004 + 1, 510 = 5, 386 mola

• ilość moli tlenu potrzebna do spalania

5, 386  1, 313  =  4, 073 mola

Krok obliczeniowy, przy założeniu ilości kroków 100

$$\frac{4,073}{100} = 0,04073$$

Ilość azotu dawkowana w pojedynczym kroku

$$\frac{79 \bullet 0,04073}{21} = 0,153$$

2. Wyniki zmian w reakcji spalania w wyniku zmian ilości tlenu dostarczanego do układu

• Wykres 1, ilość powstałych gazów w funkcji ilości tlenu

Prosta oznaczona N₂(g) oznacza wydzielanie się azotu w postaci gazowej w wyniku spalania.

Istotnymi produktami tego procesu jest dwutlenek węgla i para wodna, ich ilość rośnie gdy wartość tlenu w przekracza 1,5 kmola. W tym samym punkcie ilość węgla maleje co znaczy, że węgiel utlenia się i zaczyna wydzielać się CO₂, co możemy zaobserwować na wykresie.

Ilość pozostałych związków jest minimalna, nie zauważalna na wykresie, co znaczy, że nie odgrywają istotnej roli w procesie.

• Wykres 2, procent objętościowy gazów biorących udział w reakcji w funkcji ilości tlenu

Ilość wydzielanego CO₂ rośnie w punkcie o wartości 1,5 kmol O₂. W tym samym punkcie ilość azotu, znajdującego się w atmosferze, spada. Natomiast metan w tym samym punkcie całkowicie już przereagował.

• Wykres 3, entalpia reakcji

Jak widać na wykresie, jest to od początku reakcja egzotermiczna, co znaczy, że do układu należy dostarczyć energii aby zaszedł proces spalania. Entalpia wynosi 2389 MJ.

3. Wyniki zmian w reakcji spalania w wyniku zmian ilości azotu dostarczanego do układu

• Wykres 1, ilość powstałych gazów w funkcji ilości azotu

Charakterystycznym punktem w tym przypadku jest punkt o wartości 1 kmola N₂, w tym miejscu ilość CO₂ stale wzrasta, a ilość pary wodnej stabilizuje się i jej ilość jest stała. Zawartość pozostałych gazów jest znikoma, zatem nie istotna w tym procesie.

Reakcja spalania kończy się po przekroczeniu wartości 15 kmoli N₂.

• Wykres 2, procent objętościowy gazów biorących udział w reakcji w funkcji ilości tlenu

Ilość azotu spada minimalnie w funkcji logarytmicznej. Dwutlenek węgla w punkcie o wartości 1 kmol N₂ wzrasta i stabilizuje minimalnie wzrastając od punkt o wartości 5 kmoli N₂. Metan przy wartości 1 kmol N₂ całkowicie przereagował.

• Wykres 3, entalpia reakcji

Jest to reakcja egzotermiczna, tak samo jak w pierwszym przypadku.

Entalpia wynosi również 2389 MJ.

3. Podsumowanie

Wartość opałowa biomasy podana na początku wynosiła: 18, 61 MJ/kg biomasy, natomiast wygenerowana 23,89 MJ/kg. Pokazuje to jaka jest różnica ( ok. 5 MJ/kg) w efekcie energetycznym. Może to wynikać z różnych temperatur, które zostały zastosowane. Najważniejsze jest jednak to, że nie wzięto pod uwagę związków azotu i aby uzyskać NO_x potrzebne są bardzo wysokie temperatury, ponieważ te cząsteczki są bardzo trwałe i aby je utlenić wymagane są bardzo wysokie temperatury. Takie reakcje wymagają ekstremalnych warunków.