氣體燃燒速度

1、氣體燃燒速度第三節(jié) 熱值與燃燒溫度及燃燒速度熱值 我們知道，1摩爾的物質(zhì)與氧氣進行完全燃燒反應時所放出的熱量，叫做該物質(zhì)的燃燒熱。例如1mol乙炔完全燃燒時，放出1306104 J的熱量，這些熱量就是乙炔的燃燒熱，其反應式為：C2H2+25O22CO2十H2O十1306104J 不同物質(zhì)燃燒時放出的熱量亦不相同，所謂熱值：是指單位質(zhì)量或單位體積的可燃物質(zhì)完全燃燒時所發(fā)出的熱量?？扇夹怨腆w和可燃性液體的熱值以“Jkg”表示，可燃氣體的熱值以“Jm3 ”表示?？扇嘉镔|(zhì)燃燒爆炸時所能達到的最高溫度、最高壓力及爆炸力等與物質(zhì)的熱值有關。物質(zhì)的燃燒熱見表12。 表1-2物質(zhì)的燃燒熱、熱值和燃燒溫度 物質(zhì)

2、的名稱燃燒熱Jmol熱值燃燒溫度*JkgJm3*碳氫化合物：*甲烷882577*1800乙烷*1895苯420500900*乙炔*2127醇類：*甲醇715524*1100乙醇*1180酮、醚類：*丙酮*1000乙醚*2861石油及其產(chǎn)品：*原油*1100汽油*1200煤油4144932046054800*7001030煤和其它物品：*無煙煤*2130氫氣211997*1600煤氣*1850木材*7117560l4653800*10001177鎂61435*3000一氧化碳285624*1680硫334107*1820二硫化碳2195硫化氫543028*2110液化氣*011380000020

3、20天然氣*35462196395233922120石油氣*3843482442161076*磷*棉花* 可燃物質(zhì)的熱值是用量熱法測定出來的，或者根據(jù)物質(zhì)的元素組成用經(jīng)驗公式計算。 Q=(1000*Q燃燒)/22.4(11)1 可燃物質(zhì)如果是氣態(tài)的單質(zhì)和化合物，其熱值可按下式計算，式中：Q每1m3可燃氣體的熱值，Jm3；Q燃燒每摩爾可燃氣體的燃燒熱，Jmol。例1試求乙炔的熱值。解從表12中查得乙炔的燃燒熱為130.6104Jmol；代入公式(11)答：乙炔的熱值為5.83107J/m3。2. 可燃物質(zhì)如果是液態(tài)或固態(tài)的單質(zhì)和化合物，其熱值可按下式計算：Q=(1000*Q燃燒)/M (12)式

4、中：M可燃液體或固體的摩爾質(zhì)量。例2試求苯的熱值；(苯的摩爾質(zhì)量為78)解從表12查得苯的燃燒熱為328X104Jmol，代入公式(12)答：苯的熱值為421107Jkg。3對于組成比較復雜的可燃物，如石油、煤炭、木材等，其熱值可采用門捷列也夫經(jīng)驗公式計算其高熱值和低熱值。高熱值是指單位質(zhì)量的燃料完全燃燒，生成的水蒸汽也全部冷凝成水時所放出的熱量；低熱值是指單位質(zhì)量的燃料完全燃燒，生成的水蒸汽不冷凝成水時所放出的熱量。門捷列也夫經(jīng)驗公式如下：Q高 = 81C+300H-26(O-S) (13)Q低 = 81C+300H-26(O-S)-6(9H+w) (14)式中，Q高、Q低可燃物質(zhì)的高熱值和

5、低熱值，kcalkg；C可燃物質(zhì)中碳的含量，；H可燃物質(zhì)中氫的含量，；O一可燃物質(zhì)中氧的含量，；S可燃物質(zhì)中硫的含量，；w一可燃物質(zhì)中的水分含量，例 試求5kg木材的低熱值。木材的成分為：C43，H一7，O41，S2%，W7解將己知物質(zhì)的百分組成代入公式(14)Q8143+3007-26(41-2)一6(97+7)=4149(kcalkg)=17359104(Jkg)則5kg木材的低熱值為：517359104=8679.7104J答：5kg木材的低熱值為86797104J?？扇嘉镔|(zhì)的熱值見表l2。二、燃燒溫度 可燃物質(zhì)燃燒時所放出的熱量，一部分被火焰輻射散失，而大部分則消耗在加熱燃燒產(chǎn)物上。由

6、于可燃物質(zhì)燃燒所產(chǎn)生的熱量是在火焰燃燒區(qū)域內(nèi)析出的，因而火焰溫度也就是燃燒溫度?？扇嘉镔|(zhì)的燃燒溫度見表12。火焰最高溫度的計算： 燃燒過程是典型的非等溫反應。在這種情況下，可利用圖35那樣的恒壓循環(huán)過程作計算。如反應物的溫度為T1，產(chǎn)物溫度為T2，則反應的H為: HH1H0298H2 常溫下的反應物，進入火焰后立即變?yōu)楫a(chǎn)物。由于過程是瞬間完成的，可以近似地認為反應是在絕熱條件下完成的，反應放出的熱全部用來加熱產(chǎn)物和摻雜在反應物中的惰性氣體，使之升高到火焰溫度。根據(jù)如此假設計算出的是火焰的最高溫度Tm。實際上，火焰并不是絕熱的化學反應氣團，所以溫度要低一些。 例39 燃燒水泥的轉(zhuǎn)爐是利用煤粉燃燒

7、加熱的。假設噴進轉(zhuǎn)爐的煤粉摻有按燃燒反應計量的空氣，試問轉(zhuǎn)爐可能達到多高的溫度?解 煤粉燃燒過程可以用圖36那樣的恒壓循環(huán)過程表示。假設反應是在絕熱條件下進行的，所以H0。因為循環(huán)過程，H1H2 H0，所以H1H2H1是煤粉的燃燒熱，也就是CO2的生成熱，等于94.05千卡。1摩爾煤粉燃燒需要1摩爾氧氣，生成1摩爾二氧化碳，同時還混有4摩爾的氮氣(空氣中O2：N21：4)。所以，H2是l摩爾CO2和4摩爾氮氣從298K升溫到Tm所需的熱量。查表知它們的熱容為CO2 Cp6.37十10.1010-3T3.4110-6T2N2 Cp6.66十1.0210-3T 33.01Tm7.09103Tm21

8、.14106Tm310434又因為H2H194050卡，所以得到關于火焰最高溫度的方程為:1.14106Tm37.09103Tm233.01Tm 1044840解得 Tm2404（K）實際上，火焰溫度要比Tm低，因為不能達到絕熱條件，而且從理論上講，計算中假設碳和氧完全化合成CO2，這是近似的，在高溫下二氧化碳的離解作用也不應忽視。理論上嚴格計算火焰溫度時，一般要經(jīng)過多次逼近才行。幾種火箭燃料所能達到的理論最高溫度如下： 燃料氧化劑理論最高溫度()NH2NH2NH2NH9B2H6C2N6O2F2F2O32970416043605240三、燃燒速度 （一）氣體燃燒速度由于氣體的燃燒不需要象固體、

9、液體那樣經(jīng)過熔化、蒸發(fā)等過程，所以燃燒速度很快。氣體的燃燒速度隨物質(zhì)的組成不同而異。簡單氣體燃燒如氫氣只需受熱、氧化等過程；而復雜的氣體如天然氣、乙炔等則要經(jīng)過受熱、分解、氧化過程才能開始燃燒。因此，簡單的氣體比復雜的氣體燃燒速度快。在氣體燃燒中，擴散燃燒速度取決于氣體擴散速度，而混合燃燒速度則取決于本身的化學反應速度；在通常情況下混合燃燒速度高于擴散燃燒速度。氣體的燃燒性能也常見火焰?zhèn)鞑ニ俣葋砗饬?，一些氣體與空氣的混合物在254毫米直徑的管道中火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊脑囼灁?shù)據(jù)見表。表48 一些可燃氣體在直徑25.4毫米管道中火焰?zhèn)鞑ニ俣?，米秒氣體名稱最大火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤扇細怏w在空氣中的含量，氣體名稱最大

10、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤扇細怏w在空氣中的含量，氫一氧化碳甲烷乙烷丙烷4.831.250.670.850.8238.5459.86.54.6丁烷乙烯煉焦煤氣焦炭發(fā)生煤氣水煤氣0.821.421.700.733.13.67.11748.543 火焰?zhèn)鞑ニ俣仍诓煌輳降墓艿乐袦y試時其值不同，一般隨著管道直徑增加而增加，當達到某個直徑時速度就不再增加。同樣，隨著管道直徑的減少而減少，并在達到某種小的直徑時火焰在管中就不再傳播。表49示甲烷和空氣混合物在不同管徑下的火焰?zhèn)鞑ニ俣取?表49 甲烷和空氣混臺物在不同管徑時的傳播速度，厘米秒 甲烷()管徑(厘米)2.5厘米10厘米20厘米40厘米60厘米80厘米623.

11、543.563951181378508010015418320310651101361882152361235748012316318513224562104130138本表摘自.MTOB：“物質(zhì)燃燒原理”。 此外在管道中測試火焰?zhèn)鞑ニ俣葧r還與管子材料以及火焰的重力場有關。如10甲烷與空氣混合氣，管子平放時，火焰?zhèn)鞑ニ俣葹?5厘米秒，向上垂直放時為75厘米秒，而向下垂直放為595厘米秒。 如果在大管徑中燃燒的混合物在小管徑中熄滅，這種現(xiàn)象是由于在管子直徑減小時增加了熱損失所致。按熱損失觀點來分析，那么加熱區(qū)域與反應區(qū)域的比例是：式中d直徑；r半徑；h反應區(qū)長度。 對于直徑為10厘米的管子，這個

12、比例等于04，而對于直徑為2厘米的管子這個比例等于2。由此可見，隨著管子直徑的減小，熱損失就逐步加大，燃燒溫度與火焰?zhèn)鞑ニ俣染拖鄳档?，度至停止傳播。阻火器就是根?jù)這一原理制成的。 （二）液體燃燒速度液體燃燒速度取決于液體的蒸發(fā)。其燃燒速度有兩種表示方法。一種是以每平方米面積上，l小時燒掉液體的重量表示，叫做液體燃燒的重量速度。一種是以1小時燒掉液體層的高度來表示，叫做液體燃燒的直線速度。易燃液體的燃燒速度與很多因素有關，如液體的初溫、貯罐直徑、罐內(nèi)液面的高低，液體中水分含量等。初溫越高，燃燒速度越快，貯罐中低液位燃燒比高液位燃燒的速度要快。含水的比不含水的石油產(chǎn)品燃燒速度要慢。 液體燃燒前須

13、先蒸發(fā)而后燃燒。易燃液體在常溫下蒸氣壓就很高，因此有火星、灼熱物體等靠近時便能著火，隨后，火焰便很快沿液體表面蔓延，其速度可達052米秒。另一類液體則必須在火焰或灼熱物體長久作用下，使其表面層強烈受熱而大量蒸發(fā)后才能著火。故在常溫下生產(chǎn)，使用這類液體的廠房沒有火災爆炸危險。這類液體著火后只在不大的地段上燃燒，火焰在液體表面上蔓延得很慢。 為了使液體燃燒繼續(xù)下去，必須向液體傳入大量熱，使表層的液體被加熱并蒸發(fā)?；鹧嫦蛞后w傳熱的途徑是靠輻射。故火焰沿液面蔓延的速度除決定于液體的初溫、熱容、蒸發(fā)潛熱外還決定于火焰的輻射能力。如苯在初溫為16時燃燒速度為16537公斤米2小時；而在40時為17718公斤米2小時；60時為1933公斤米2小時。此外，風速對火焰蔓延速度也有很大影響。幾種易燃液體的燃燒速度見表410。表410 幾種易然液體的燃燒速度 液體名稱燃燒速度比重直線速度(厘米/小時)重量速度(公斤米2小時)苯乙醚甲苯航空汽油車用汽油二硫化碳丙酮甲醇煤油18.917.516.0812.610.510.478.47.26.6165.37125.84138.2991.9880.85132.9766.3657.655.11d160.875d150.715d150.86 d100.73d1.27d18O.79d100.8d100.835 （三）固體物質(zhì)的燃燒速度 固體物質(zhì)