Теоретический и практический расход воздуха на горение.

Расчет объема воздуха, необходимого для горения, предполагает вычисление:

а) теоретического объема воздуха V_в^теор и б) практического объема воздуха V_в^пр, затраченного на горение (с учетом коэффициента избытка воздуха).

Стехиометрическое количество воздуха в уравнении реакции горения предполагает, что при данном соотношении компонентов, участвующих в реакции горения, воздух расходуется полностью. Объем воздуха в данном случае называется теоретическим ( V _в ^теор ) .

Горение может происходить не только при стехиометрическом соотношении компонентов, но и при значительном отклонении от него. Как правило, в условиях пожара на сгорание вещества воздуха затрачивается больше, чем определяется теоретическим расчетом. Избыточный воздух DV_в в реакции горения не расходуется и удаляется из зоны реакции вместе с продуктами горения. Таким образом, практический объем воздуха равен:

             V _в ^пр = V _в ^теор + D V _в

и, следовательно, избыток воздуха будет равен:

             D V _в = V _в ^пр - V _в ^теор

Обычно в расчетах избыток воздуха при горении учитывается с помощью коэффициента избытка воздуха (a). Коэффициент избытка воздуха показывает, во сколько раз в зону горения поступило воздуха больше, чем это теоретически необходимо для полного сгорания вещества:

Для горючих смесей стехиометрического состава (т.е. состава, соответствующего уравнению реакции горения) коэффициент избытка воздуха a = 1, при этом реальный расход воздуха равен теоретическому. В этом случае обеспечивается оптимальный режим горения.

При a > 1 горючую смесь называют бедной по горючему компоненту, а при a < 1 – богатой по горючему компоненту.

Избыток воздуха имеется только в смеси, бедной по горючему компоненту. Из формул (3.2) и (3.3) следует

D V _в = V _в ^теор ( a - 1)

В закрытом объеме диффузионное горение большинства горючих материалов возможно только до определенной пороговой концентрации кислорода, так называемой остаточной концентрации кислорода в продуктах горения j (О₂)^ПГ. Для большинства органических веществ она составляет 12 – 16 % О₂. Для некоторых веществ, например, ацетилена С₂Н₂, ряда металлов, горение возможно и при значительно меньшем содержании кислорода (до 5 % объемных О₂).

Зная содержание кислорода в продуктах горения, можно определить коэффициент избытка воздуха (коэффициент участия воздуха в горении) на реальном пожаре:

Расчет выполняется двумя способами: по уравнению химической реакции и по элементному составу вещества:

Способ

Записываем уравнение реакции горения изобутилового спирта:

СН₄О + 1.5 (О₂ + 3,76·N₂) → СО₂ + 2Н₂О + 1.5·3,76·N₂

По условию масса изобутилового спирта равна 1 кг., условия нормальные, тогда:

m=1кг.       V_в. ^теор.-Х

С₄Н₁₀О + 6 (О₂ + 3,76·N₂) → 4СО₂ + 5Н₂О + 6·3,76·N₂

М=32кг/кмоль 1.5·4,76·V_m

          V_в^теор = 5 м³.

          = =3,2

                      φ(О₂)^ПГ=14,4 %

           V_в^пр = V_в^теор × a =5*3.2 = 16 м³.

                      D V _в = V _в ^теор ( a - 1)=5·(3,2-1)=11 м³.

Способ

Процентный элемент состава изобутилового спирта:

           w (С) = 37.5%; w (Н) = 12,5%; w (О) = 50%;

Найдем объем воздуха на горение по формуле для изобутилового спирта с известным процентным составом, тогда:

V_в^теор =

= 5м³.

               V_в^пр = V_в^теор × a =5·3,2 = 16м³.

                          D V _в = V _в ^теор ( a - 1)=5·(3,2-1)=11м³.

Ответ: практический объем воздуха равен 16 м³, а теоретический

          объем воздуха равен 5 м³ при коэффициенте избытка воздуха

         равном 3,2.