расчета основных параметров горения и ПРОДУКТОВ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ
Расчёта приведён для варианта № 3972 при следующих исходных данных: состав газа: СН₄ – 85 об. %, С₂Н₆ – 10 об. %, СО₂ – 2 об. %, О₂ – 3 об. %, d_у = 250 мм, Н_ф = 45 м, =0,08.

1. Дебит газового фонтана ( , млн. м³/сутки) может быть рассчитан из высоты факела пламени по формуле (4):

= 0.0025× = 0.0025× 45² =5.0625 млн. м³/сутки (19)

Секундный расход газа составит V_г = 5.0625 / (246060) = 58.6 м³/с.
2. Режим истечения газовой струи может быть определен из сравнения эффективной скорости истечения (V_э)со скоростью звука (V₀):
, (20)
где V_г−секундный расход газа, м³/с,

_у −диаметр устья скважины, м.

Скорость звука в метане (V₀)составляет 430 м/с. Расcчитанная скорость истечения газовой струи превышает скорость звука.
3. Для расчета адиабатической (Т_а) и действительной ( ) температуры процесса горения необходимо определить теплоту сгорания, т.е. количество тепла, выделяемое при полном сгорании 1 м³ фонтанирующего газа с учётом его химического состава.

Теоретическая (адиабатическая) температура процесса горения рассчитывается с учётом полного адиабатического сгорания газообразного вещества (теплопотерями в окружающую среду пренебрегают).

Остановимся на методике расчета Т_а, основываясь на анализе энергетического баланса химической реакции.

Для его упрощения можно воспользоваться значением стандартной энтальпии сгорания при 298.15 K (– ), а вместо истинных теплоемкостей веществ их средними значениями, взятыми в температурном интервале 289–2000 K.

, (21)

где

---

, − теплоемкости исходных веществ и продуктов горения, в том числе свободного кислорода;

− стехиометрические коэффициенты исходных веществ и продуктов горения соответственно;

Т_а − адиабатическая температура процесса горения.

Количество тепла, выделяющееся при полном сгорании одного моля, единицы массы или объёма вещества, называется теплотой сгорания (Q_с, _сН). Стандартная энтальпия сгорания кислорода, жидкой воды, газообразного диоксида углерода (СО₂) и других высших оксидов в стандартных состояниях равна нулю при любой температуре ( ), так они не способны окисляться.

Значения теплот сгорания органических соединений можно найти в справочной литературе или рассчитать, используя первое следствие из закона Гесса, которое гласит: тепловой эффект реакции равен сумме энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

Высшей теплотой сгорания Q_с^в (∆_сН^в) называют количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объёма горючего вещества при условии, что вода выделяется в конденсированном состоянии.

Низшей теплотой сгорания Q_с^н (∆_сН^н) называют количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объёма горючего вещества при условии, что вода выделяется в виде пара и происходит испарение влаги, содержащейся в горючем веществе.

В пожарно-технических расчетах обычно используют низшую теплоту сгорания, так как в условиях пожарах вода как продукт реакции находится в парообразном состоянии.

---

Используя справочную литературу для нахождения теплот (энтальпий) образования веществ и проводя теплотехнические расчеты, необходимо помнить, что тепловой эффект реакции ∆_rН⁰_т и теплота сгорания Q_с. имеют одинаковые численные значения, но разный знак, т.е. Q_с = − .

Рассчитаем теплоту сгорания (− = Q_н) метана и этана, опираясь на первое следствие из закона Гесса. Запишем термохимические уравнения реакции их окисления:
СН_4(г)+ 2О₂ +2×3.76N₂ = СО_2(г) + 2Н₂О_(г) + 2×3.76N₂ (22)

, кДж/моль −74.85 0 −393.51 −241.81

Согласно первому следствию из закона Гесса, теплоты сгорания метана будет равна:

Q^с_н=−{ +2 − } =

= −{(−393.51)+2(−241.81)−(−74.85)} = 802.29 кДж/моль.

Значение низшей теплоты сгорания 1 м³ метана рассчитаем по формуле:

Q^н_{с, об} = − Q^н_с×1000/24,45, (23)

где 24,45 л − объем одного моля газа при Т = 298 K.

Отсюда низшая теплота сгорания 1 м³ метана будет равна:

Q^н_{с, об(СН4)} = 802.29×1000 / 24, 45 = 32813.5 кДж/м³.

Запишем термохимическое уравнение реакции горения этана:

С₂Н_6(г)+3.5О_2(г) + 3.5×3.76N₂ = 2СО_2(г) + 3Н₂О_(г)+3.5×3.76N₂(24)

, кДж/моль −84.67 −393.51 −241.81

Низшая теплота сгорания 1 моля этана составит: 

Q^с_н=−{ +2 − } =

=  − {2(−393.51) + 3(−241.81)− (−84.67)} = 1427.81 кДж/моль.

Рассчитанная по аналогии с метаном теплота сгорания 1 м³ этана будет равна 58397,1 кДж/м³.

Поскольку в 1 м³ исходной газовой смеси содержится 85 об. % (0.85) метана и 10 об. % (0.10) этана, то общая теплота сгорания 1 м³ смеси составит

---

Q^с_н, _об = 32813,5 × 0.85 + 58397,1 × 0.10 = 33731,2 кДж/м³.

Определим объем (V) и число молей (ν) продуктов горения, образовавшихся при сгорании исходной смеси, содержащей 85 об. % СН₄, 10 об. % С₂Н₆, используя приведённые выше химические уравнения реакций их горения. Учтём также, что смесь в соответствии с заданием содержит дополнительно 2 об. % СО₂, 3 об. % О₂:





.

Суммарный объем продуктов горения составит:

V_пг = 1,07 + 2,00 + 7,71 + 0,03 = 10,81 м³/м³ или 442.13 моль/м³.
После интегрирования уравнения (21) получим выражение для расчёта адиабатической температуры горения:



(25)

Для расчетов воспользуемся следующими средними значениями теплоемкостей для температурного диапазона 298−2000 K:

=53,14; =42,34; =34,73; =32,76 Дж/моль^.K.

Подставив приведенные значения теплоемкостей и числа молей продуктов сгорания в формулу (25), получим:

Действительная температура горения всегда ниже адиабатической, так как часть тепла теряется с излучением. При расчете действительной температуры горения учитываются потери тепла в результате химического недожога в зоне горения, когда образуются продукты неполного сгорания (СО, С, и др.) и потери тепла за счёт излучения факела пламени.

, (26)

где

---

- общие теплопотери при горении газового фонтана, представляющие собой долю от низшей теплоты сгорания ;

- химический недожог (0,08);

-коэффициент теплопотерь излучением.

Коэффициент теплопотерь излучением от пламени газового фонтана может быть определен в соответствии со следующей формулой [1]:

. (27)

Молекулярную массуфонтанирующего газа ( ), состоящего из нескольких компонентов, можно определить по формуле:

, (28)

где −молекулярная масса i-гo горючего компонента газового фонтана;

− доля i-гo горючего компонента.

Молекулярная масса горючего газа, содержащего метан и этан, будет равна:



Коэффициент теплопотерь за счёт излучения пламени фонтана составит:

,

а коэффициент общих теплопотерь будет равен:

.

Действительная температура горения газового фонтана будет равна:

(29)

.

---

Смотрите также файлы

• Показатель Предприятия малого и среднего бизнеса, работающие на общем режиме налогообложения.docx

• Из ненужного нужное. Вторая жизнь пластиковой посуды Подготовила Панкратова Анастасия ученица 8 В.pptx

• Задача Организацией помещена в банк на два года сумма денежных средств в размере 50 000 руб под 11% годовых. Определите сумму, которой организация будет располагать после окончания срока депонирования ресурсов. Решение.doc

• Манты национальное узбекское блюдо.docx

• По дисциплине Астрономия.docx