Amestec stoichiometric combustibil

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 26 mai 2019; verificările necesită 3 modificări .

Amestecul combustibil stoichiometric (din alt limba greacă στοιχεῖον „bază; element” + μετρέω „măsor”) este un amestec de oxidant și combustibil , în care există exact suficient oxidant pentru a oxida complet combustibilul.

Amestecul stoichiometric asigură arderea completă a combustibilului fără reziduuri oxidante în exces în produsele de ardere.

Definiții

Raportul dintre cantitatea de oxidant și cantitatea de combustibil din procesul de ardere sau din amestecul combustibil combustibil-oxidant este măsurat fie ca raport de mase, fie în termeni de volume, fie în termeni de număr de moli . În consecință, există rapoarte de masă , volum și molare : $L_{0},$ $L_{V}$ $L_{M)$

L_{0}={\frac {m_{o}}{m_{f}}},

L_{V}={\frac {V_{o}}{V_{f}}},

L_{M}={\frac {M_{o}}{M_{f}}},

unde sunt masele oxidantului și combustibilului;

m_{o},\m_{f)

V_{o},\V_{f}

— volumele de oxidant și combustibil;

M_{o},\M_{f}

este cantitatea molară de oxidant și combustibil (numărul de moli).

Pentru amestecuri gazoase de combustibil și oxidant în conformitate cu legea lui Avogadro $L_{M}=L_{V}.$

Dacă în procesul unei reacții chimice de ardere în produsele de ardere nu există nici un oxidant liber, nici combustibil nears, atunci un astfel de raport dintre combustibil și oxidant se numește stoichiometric.

De exemplu, reacția de ardere a hidrogenului în oxigen cu coeficienți stoichiometrici:

{\ce {2H2 + O2 -> 2H2O}}

În această reacție, produșii de ardere (din partea dreaptă a ecuației) nu conțin nici combustibil, nici agent oxidant, iar 2 moli de hidrogen necesită 1 mol de oxigen sau, conform legii lui Avogadro, 2 volume de hidrogen 1 volum. de oxigen, sau 4 g de hidrogen 32 g de oxigen, adică cu arderea completă a hidrogenului fără exces de oxigen: Aceste valori numerice se numesc rapoarte stoichiometrice. $L_{Vst}=L_{Mst}=1/2=0,5,$ $L_{0st}=32/4=8.$

Rapoartele stoichiometrice depind de tipul de combustibil și de oxidant, de exemplu, în reacția de ardere a metanului în oxigen:

{\ce {CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O))

L_{Vst}=L_{Mst}=2,

L_{0st}=64/16=4.

Raportul de exces de oxidant este raportul dintre raportul real oxidant/combustibil și raportul stoichiometric:

\alpha =L_{0}/L_{0st}=L_{V}/L_{Vst}=L_{M}/L_{Mst},

în plus , nu depinde în ce formă raportul oxidant/combustibil este determinat de masă, molară sau volumetrică. Evident, la raport stoichiometric, oxidant/combustibil $\alfa$ $\alpha =1.$

Amestecurile de combustibil/oxidant sunt numite amestecuri bogate și amestecuri slabe. $\alpha < 1$ $\alpha >1$

În literatura științifică și tehnică străină, excesul de coeficient de oxidant este de obicei notat cu literă $\lambda .$

Se folosește și un parametru, numit raportul de exces de combustibil , inversul raportului de exces de oxidant. $\phi =1/\alpha ,$

Raportul aer/combustibil și raportul aer în exces

Agentul oxidant cel mai des folosit este oxigenul atmosferic, astfel încât se folosește adesea conceptul de raport aer/combustibil - raportul dintre masa sau volumul de aer și masa sau volumul de combustibil: $L_{0a)$ $L_{Va)$

L_{0a}={\frac {m_{a}}{m_{f}}},

L_{Va}={\frac {V_{a}}{V_{f}}},

unde sunt masele de aer și combustibil;

m_{a},\m_{f)

V_{a},\V_{f}

— volume de aer și combustibil.

Uneori, la calcularea conform ecuațiilor stoichiometrice de ardere, se folosește raportul molar dintre aer și combustibil, în timp ce se consideră că greutatea moleculară a aerului este aproximativ egală cu 29 g/mol.

L_{Ma}={\frac {M_{a}}{M_{f}}},

unde este cantitatea molară de aer și combustibil (numărul de moli).

M_{a},\M_{f)

Combustibil	$L_{0ast)$	$L_{Vast)$	$L_{Catarg)$
Hidrogen	34.2	2.43	2.4
Metan	17.2	9,66	9.5
propan	16.1	24.2	23.5
Butan	15.4	30.8	31.0
Benzina B-70	14.7	9430	54.2

Aerul conține alte gaze care nu sunt implicate în procesul de ardere, în principal azot cu o concentrație volumică (și molară) de aproximativ 78%. Pentru a calcula raportul stoichiometric aer/combustibil, acest azot și alte gaze inerte trebuie luate în considerare în ecuația reacției chimice, pentru simplitatea coeficienților ecuației presupunem că în aer există 4 molecule (volum) de azot la 1 moleculă. (volum) de oxigen, atunci ecuația pentru arderea metanului în aer va fi:

{\ce {CH4 + 2O2 + 8N2 -> CO2 + 2H2O + 8N2))

de unde rezultă că pentru 1 volum de metan pentru arderea stoechiometrică în aer sunt necesare aproximativ 10 volume de aer, mai precis, 9,66 volume, discrepanța se datorează faptului că ecuația nu ia în calcul argonul aerului cu o concentrație de aproximativ 1 vol. % iar valoarea exactă a volumului concentrației de oxigen din aer este de 20,95%.

Raporturile stoichiometrice aer/combustibil pentru unii combustibili sunt date în tabel pentru aer la 25°C și 100 kPa .

Raportul dintre volumul sau masa reală de aer și volumul stoechiometric sau masa de aer se numește coeficient de exces de aer [1] : $\alfa$

\alpha =L_{0a}/L_{0ast}=L_{Va}/L_{Vast}=L_{M}/L_{Mst}.

Coeficientul de exces de aer în diferite dispozitive și motoare de ardere a combustibilului

Motoare cu ardere internă

Coeficientul de exces de aer este întotdeauna egal cu unu pentru un amestec stoichiometric. Dar, în practică, la motoarele cu ardere internă (ICE) acest coeficient diferă de 1. De exemplu, 1,03-1,05, care este optim din punct de vedere al eficienței pentru motoarele cu aprindere prin scânteie, acest exces se datorează faptului că datorită amestecarea imperfectă a combustibilului cu aerul în carburator sau cilindrul unui motor cu injecție de combustibil, este necesară o creștere mică pentru arderea completă a combustibilului . Pe de altă parte, cea mai mare putere a motorului, celelalte lucruri fiind egale, se obține atunci când se lucrează cu amestecuri mai bogate ( ). Figura arată dependența puterii și eficienței unui motor cu aprindere prin scânteie și a raportului aer/combustibil pentru benzină la anumite valori . Astfel, pentru benzină, raportul stoichiometric aer/combustibil în greutate este de 14,7; pentru un amestec propan-butan, acest raport este de 15,6. $\alfa$ $\alfa$ $\alfa$ $\alpha =0,83...0,88$ $\alfa$ $\alfa$

La motoarele moderne, menținerea aproape de cea optimă se realizează folosind un sistem automat de control al raportului combustibil / aer. Senzorul principal în astfel de sisteme este senzorul pentru concentrația de oxigen liber în gazele de eșapament ale motorului - așa-numita sondă lambda . $\alfa$

La motoarele diesel, pentru a evita formarea puternică de funingine , acestea sunt menținute la un nivel de 1,1 ... 1,3 [2] . $\alfa$

Turbine cu gaz

În camera de ardere a unei turbine cu gaz, de exemplu, un motor de avion, se menține aproape de 1. Dar în fața palelor turbinei, pentru a reduce temperatura gazului, din motive de rezistență la căldură a palelor, gazul din camera de ardere este diluat cu aer preluat de la compresorul turbinei, ceea ce îi reduce temperatura de la aproximativ 1600 ° C la 1300 ... 1400 ° C, prin urmare, în gazele de evacuare ale turbinei , este mult mai mult de 1 și ajunge 5. $\alfa$ $\alfa$ $\alfa$

Cazane industriale, de încălzire și casnice

$\alfa$ în astfel de cazane depinde în mod semnificativ de tipul de combustibil. La cazanele pe gaz de putere mică sau productivitate este de 1,2 ... 1,4, la cazanele de putere mare care ard gaze naturale - 1,03 ... 1,1. La cazanele care funcționează cu combustibili lichizi și solizi, pentru o ardere completă , aceasta se menține în intervalul de la 1,5 la 2 ... 3. $\alfa$ $\alfa$

Note

↑ GOST R 51847-2001: Dispozitive de încălzire a apei cu gaz de uz casnic tip A și C. Specificații generale. . Preluat la 14 ianuarie 2018. Arhivat din original la 19 octombrie 2017. (nedefinit)
↑ Klaus Schreiner: Basiswissen Verbrennungsmotor: Fragen-rechnen-verstehen-bestehen . Springer, Wiesbaden, 2014. ISBN 978-3-658-06187-6 . S. 112

Literatură

Baehr HB Thermodynamik, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 1988, ISBN 3-540-18073-7 .
Lewis B., Elbe G. Combustie, flacără și explozii în gaze. Pe. din engleza. ed. K. I. Shchelkina, A. A. Borisova. M.: Mir 1968

Link -uri

"In jurul lumii". Respirație artificială pentru motor. Moderația în consumul de benzină este cheia longevității și eficienței ridicate.