Химизм реакций горения

Горение – это экзотермическая окислительная реакция соединения горючего вещества с окислителем – кислородом воздуха.

Горючие вещества - газы, жидкости и твердые тела. Это Н₂, СО, сера, фосфор, металлы, С_mH_n (углеводороды в виде газов, жидкостей и твердых веществ, т.е. органические вещества. Природными углеводородами, например, являются природный газ, нефть, уголь). В принципе, горючими могут все вещества, способные к окислению.

Окислители - кислород, озон, галогены (F, Cl, Br, J), закись азота (NO₂), аммиачная селитра (NH₄NO₃) и др. У металлов - СО₂, Н₂О, N₂.

Горение при реакциях разложения веществ, полученных в эндотермических процессах. Например, при распаде ацетилена:

С₂Н₂ = 2С + Н₂.

Экзотермические реакции – это реакции, проходящие с выделением тепла.

Эндотермические реакции – это реакции, проходящие с поглощением тепла.

Например:

2Н₂+О₂=2Н₂О+Q – экзотермическая реакция,

2Н₂О+Q=2Н₂+О₂ – эндотермическая реакция,

где: Q – тепловая энергия.

Стехиометрические составы:

α=1- стехиометрический компонент;

α>1- с избытком воздуха;

α<1- с избытком топлива.

α=1,2;…;1,25 – оптимальное.

Если смесь стехиометрическая, то Т=max;

Если α>1– смесь называется бедная или кислая;

Если α<1– смесь называется богатой или сладкой.

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

1 моль СН₄ + 2 моля О₂ = 1 моль СО₂ + 2 моля Н₂О.

33,3% СН₄ и 2/3=66,7% О₂.

Горение СН₄ в воздухе, т.е. в смеси 21% О₂+79% N₂ или О₂+79/21N₂ или О₂+3,76N₂:

СН₄+2О₂+2×3,76N₂=СО₂+2Н₂О+2×3,76N₂.

1 моль СН₄+2 моля О₂+7,52 моля N₂ = 10,52 моля смеси О₂, N₂ и СН₄.

Стехиометрический состав смеси:

(1/10,52)*100%=9,5% СН₄; (2/10,52)*100%=19,0% О₂;

(7,52/10,52)*100%=71,5% N₂.

Произвольные, нестехиометрические составы:

2СН₄+2О₂=СО₂+2Н₂О+СН₄ 1 моль СН₄ не прореагирует.

СН₄+4О₂=СО₂+2Н₂О+2О₂ 2 моля О₂ не участвует в реакции (балласт).

Мольная до­ля горючего в стехиометрической смеси может быть легко определена из соотношения

x_{гор,стех} = 1/(1 +n)

Здесь v обозначает число молей О₂ в уравнении реакции с образова­нием СО₂ и Н₂О. Примером служит реакция

Н₂ + 0,5О₂ —> Н₂О, n = 0,5, х_Н2,стех = 2/3.

Если окислителем является воздух, то следует принимать во вни­мание, что сухой воздух содержит только 21% кислорода, а также 78% азота и 1% благородных газов. Таким образом, для воздуха x_N2 ⁼ 3,762×х_О2. Отсюда мольные доли для стехиометрической сме­си с воздухом будут равны

x_{гор,стех} ⁼ 1/(1 + f × 4,762), х_О2,стех =n× x_{гор,стех}, х_N2,стех =3,762× х_О2,стех

где v как и прежде означает количество молей О₂ в уравнении реак­ции полного превращения одного моля горючего в СО₂ и Н₂О. Ряд примеров значений v и мольных долей горючего для стехиометрических смесей горючего с воздухом приведен в табл. 1.3.

Топлива и их основные характеристики

Топливо – горючее вещество, выделяющее при сжигании значительное кол-во тепла, которое используется в технологических процессах или преобразуется в др. виды энергии.

Топливо – горючее вещество, которое экономически целесообразно использовать для производства топлива.

Целесообразность тех или иных веществ в качестве топлива обосновывается технико-экономическими факторами:

-наличие больших запасов;

-стоимость добычи и транспортировки;

-реакционная способность;

-влияние на окружающую среду;

-доступность для использования.

В качестве топлива гл. образом используются органические вещества состоящие из С и Н. Топливо разделяют на природные (каменный и бурый уголь) и искусственные(бензин, мазут).

Свойства топлива определяются его составом. При этом есть 2 подхода: по молекулярному (газы) и элементарному (твёрдое и жидкое топливо) составу.

Горючая часть – СО, Н₂, СН₄,С_nH_m,Н₂S.

Не горючая часть – O, N, CO₂.