Физико-химические свойства горючих газов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тихоокеанский государственный университет»

Кафедра инженерных систем и техносферной безопасности

Специальность: «Техносферная безопасность»

Контрольная работа

По дисциплине: «Теория горения и взрыва»

На тему: «Физико-химические свойства горючих газов»

Выполнил: студент ЗФ(УО ДОТ) гр. ЗЧС(б)з - 41

Мухин Виталий Павлович

Хабаровск 2017

Основу горючих газов составляет смесь газообразных углеводородов -- метана, этана, пропана, бутана и пентана. Доля углерода в горючих газах составляет 42--78%, водорода -- 14--24%. Обычно содержание азота в виде примеси не превышает 11%, но иногда достигает 30--50% и более. Кроме того, присутствуют углекислый газ, водяные пары. Содержание углекислого газа колеблется от долей процента до 2--4%, реже до 10--15% и более. В горючих газах содержатся также гелий, аргон, водород, ртуть. Концентрации гелия в большинстве случаев составляют сотые и тысячные доли процента, но имеются месторождения горючих газов с содержанием гелия 5--8%. Кислород находится в связанном состоянии в составе углекислого газа.

Природный горючий газ обычно бесцветный и, как правило, без запаха.

Исключением является газ, в состав которого входит сероводород.

Горючие газы состоят в основном из метана (85--99,5%).

Горючие газы представляют собой смеси горючих и негорючих моногазов. Характеристики газов определяются физико-химическими свойствами и объемной долей их компонентов. Расчеты основных характеристик газа производятся на основании закона Дальтона, согласно которому общее давление газовой смеси Рсм складывается из суммы парциальных давлений Рi. При этом под парциальным давлением понимается такое давление, которое создал бы отдельный моногаз, занимая тот же объем, что и газовая смесь, при той же самой температуре, т. е.

Из данного закона и уравнения Клапейрона - Менделеева для идеальных газов, то при Т = const, можно записать

где Vсм - общий объем газа;

V1, V2, V3, ..., Vi -- парциальные объемы;

Рсм -- общее давление.

Под парциальным объемом в данном случае понимается такой объем, который занимал бы моногаз, находясь при тех же давлении и температуре, что и газовая смесь.

Указанные соотношения, строго говоря, справедливы для идеальных газовых смесей, к которым с некоторым приближением можно отнести горючие природные газы на базе метана и газы на базе водоро­да и оксида углерода, находящиеся при невысоком давлении.

Для сухих горючих газов с плотностью меньшей или близкой к плотности воздуха для определения связи между параметрами сос­тояния можно воспользоваться уравнениями, справедливыми для идеальных газов.

Плотность смеси газов. При нормальных условиях (0 °Си давление 760 мм рт. ст. (101,3 кПа)) плотность смеси газов ссм0 определяется по формуле

где ссм - плотность моногазов, входящих в газовую смесь, при нормальных условиях, кг/м3;

ri - объемное содержание отдельных моногазов в смеси, %.

При температуре и давлении, отличающихся от нормальных, плотность газовой смеси ссм можно вычислить, используя соотношение:

где Рсм - избыточное давление газовой смеси, кПа;

t - температура газовой смеси, °С.

Плотность газовой смеси по отношению к воздуху (относительная плотность газа по воздуху) при нормальных условиях определяется по формуле:

где S - относительная плотность газа по воздуху;

св - плотность воздуха при 0 °С (св = 1,293 кг/м3).

Молекулярная масса смеси. Значение молекулярной массы смеси Nсм (кг/моль) вычисляется по формуле:

Nсм=22,4 ссм о (4.80)

Вязкость. Различают два вида вязкости: кинематическую и динамическую. Они взаимосвязаны следующим образом:

н = м/с (4.81)

где н - коэффициент кинематической вязкости, м2/с

м - коэффициент динамической вязкости, Па•с;

с - плотность, м3/кг.

Влажность газов. При добыче природного газа и промышленном получении искусственных газов в их состав входит большое количество водяных паров, значительная часть которых удаляется при сушке. Содержание водяных паров в газовоздушной смеси характеризует влажность газа. Различают абсолютную и относительную влажность.

Абсолютной влажностью называется физическая величина, численно равная массе водяных паров, содержащихся в единице объема. Измеряется абсолютная влажность в граммах или килограммах на кубический метр.

Относительной влажностью называется физическая величина, численно равная отношению фактической абсолютной влажности газа к максимально возможной, характеризующей состояние насыщения (максимальной влажности) при данной температуре.

Относительная влажность выражается в процентах и может быть также определена как отношение парциального давления водяного пара в газовой смеси РН2О к давлению насыщения пара РS при той же температуре:

ц = (РН2О/ РS)/100

Пределы воспламенения. Воспламенение горючего газа возможно только в смеси с воздухом при определенном соотношении компонентов.

Нижний предел воспламенения - минимальная концентрация горючего газа в газовоздушной смеси, при которой горение уже возможно.

Верхний предел воспламенения - максимальная концентрация газа в газовоздушной смеси, при которой горение еще возможно.

Теплота сгорания газов. Под теплотой сгорания газа понимают количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 м3 газа, поступающего в горелку при нормальных условиях. При сгорании водородсодержащих компонентов газа образуются сильно перегретые водяные пары, так как температура горения более 1000 °С.

Примером может служить реакция горения метана:

Количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании 1 м3 газа, взятого при нормальных условиях, за вычетом теплоты конден­сации и переохлаждения водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания, называется низшей рабочей теплотой сгорания газа ( ), а с учетом этой теплоты - высшей ( ).

Низшая и высшая теплоты сгорания газа связаны между собой соотношением

где и - соответственно низшая и - высшая теплоты сгорания, Дж/м3;

- масса водяных паров, образующихся при полном сгорании 1 м3 газа, кг/м3;

r - теплота парообразования воды при соответствующем парциальном давлении водяных паров в продуктах сгорания, Дж/м3;

ср - изобарная теплоемкость воды, Дж/(кг•К);

ts , tK - температуры соответственно конденсации и охлажденного конденсата, °С.

Расчет аппаратов предприятий общественного питания произво­дится по низшей рабочей теплоте сгорания, так как конденсация водяных паров в газоходах недопустима из-за их интенсивной корро­зии.

Низшая теплота сгорания смеси сухих горючих газов определяется по составу и теплоте сгорания отдельных моногазов:

где и - теплота сгорания соответственно смеси и i-го компонента, МДж/м3;

ri -- объемное содержание компонента в газовой смеси, %.

Теплотехнические характеристики горючих газов. К теплотехническим характеристикам горючих газов относятся: теоретические и действительные объемы воздуха и продуктов сгорания, коэффициент избытка воздуха.

Данные физические величины определяют теплоту продуктов сгорания в смеси с воздухом, вносимую в топочные камеры и газоходы тепловых аппаратов. плотность молекулярный воспламенение газ

Теоретический объем воздуха.Минимальный объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 м3 газа, поступающего в камеру сгорания при нормальных условиях, называют теоретическим объемом воздуха.

Вычислить теоретический объем воздуха можно, исходя из потреб­ности в кислороде для реакции окисления (горения) моногазов с учетом объемного содержания кислорода в воздухе.

где 20,9% - объемная доля кислорода в атмосферном воздухе;

V0i - объем кислорода, необходимый для полного сгорания 1 м3 i-гo моногаза при нормальных условиях;

ri - объемное содержание i-го моногаза в смеси, %.

Скорость распространения пламени. Это скорость, с которой прогревается ламинарно-текущая газовоздушная смесь до температуры воспламенения.

Под температурой воспламененияпонимается минимальная температура газовоздушной смеси, при которой при кратковременном воздействии внешнего источника пламени начинается процесс окисления (горения) и продолжается самопроизвольно без последующего подвода теплоты.

Теоретическую температуру горения можно вычислить по формуле, получаемой из уравнения теплового баланса топки:

где tт - теоретическая температура горения;

з т - к. п. д. топки, учитывающий потери теплоты топкой в окружающую среду Q5т и на разогрев конструкции Q6т;

бт - коэффициент избытка воздуха в топке;

V0 - теоретический объем воздуха;

св, tB -соответственно теплоемкость и температура воздуха;

У Vici - общая теплоемкость продуктов сгорания.

Размещено на Allbest.ru