Температура аидоизменения пропана. Температура горения пропана с кислородом
Ацетилен - газ с самой высокой температурой пламени!
При нормальном давлении и температуре от -82,4°С (190,6 К) до -84,0°С (189 К) ацетилен переходит в жидкое состояние, а при температуре -85°С (188 К) затвердевает, образуя кристаллы плотностью 0,76 кг/м3. Жидкий и твердый ацетилен легко взрывается от трения, механического или гидравлического удара и действия детонатора. Технический ацетилен при нормальных давлении и температуре представляет собой бесцветный газ с резким специфическим чесночным запахом из-за содержащихся в нем примесей в виде сернистого водорода, аммиака, фосфористого водорода и др.
В 1836 г. в Бристоле на заседании Британской ассоциации Эдмунд Дэви (Edmund Davy), профессор химии Дублинского Королевского общества и двоюродный брат Гемфри Дэви (Humphry Davy), сообщил:
... При попытке получить калий, сильно нагревая смесь прокаленного винного камня с древесным углем в большом железном сосуде, я получил черное вещество, которое легко разлагалось водой и образовывало газ, оказавшийся новым соединением углерода и водорода. Этот газ горит на воздухе ярким пламенем, более густым и светящимся даже сильнее, чем пламя маслородного газа (этилена). Если подача воздуха ограничена, горение сопровождается обильным отложением сажи. В контакте с хлором газ мгновенно взрывается, причем взрыв сопровождается большим красным пламенем и значительными отложениями сажи... Дистиллированная вода поглощает около одного объема нового газа, однако при нагревании раствора газ выделяется, по-видимому, не изменяясь... Для полного сгорания нового газа необходимо 2,5 объема кислорода. При этом образуются два объема углекислого газа и вода, которые являются единственными продуктами горения... Газ содержит столько же углерода, что и маслородный газ, но вдвое меньше водорода... Он удивительно подойдет для целей искусственного освещения, если только его удастся дешево получать.В статье «Карбид кальция и ацетилен - друзья не разлей вода!» мы писали о том, что его «двууглеродистый водород» впервые был назван ацетиленом французским химиком Пьером Эженом Марселеном Бертло (Marcellin Berthelot) в 1860 г. Только через 60 лет после открытия Дэви предсказанное им использование ацетилена для освещения явилось первым толчком для его промышленного получения.
Для полного сгорания 1 м3 ацетилена по реакции: С2Н2 + 2,5O2=2СO2 + Н2O + Q1
требуется теоретически 2,5 м3 кислорода или = 11,905 м3 воздуха. При этом выделяется тепло Q1 ≈ 312 ккал/моль. Высшая теплотворная способность 1 м3 ацетилена при 0°C и 760 мм рт. ст., определенная в газовом калориметре, составляет QВ = 14000 ккал/м3 (58660 кДж/м3), что соответствует расчетной:
312×1,1709×1000/26,036 = 14000 ккал/м3
Низшая теплотворная способность при тех же условиях может быть принята QH = 13500 ккал/м3 (55890 кДж/м3).
Практически при сжигании - ацетилена в горелках при восстановительном пламени в горелку подается не 2,5 м3 кислорода на 1 м3 ацетилена, а всего лишь от 1 до 1,2 м3у что примерно соответствует неполному сгоранию по реакции:
С2h3 + О2 = 2СО + h3 + Q2
где Q2 ≈ 60 ккал/моль или 2300 ккал/кг ацетилена. Остальные 1,5-1,3 м3 кислорода поступают в пламя из окруающего воздуха, в результате чего в наружной оболочке пламени протекает реакция:
2СО + h3 + 1,5О2 = 2СO2 + h3O + Q3
Реакция неполного горения протекает на внешней оболочке светящегося внутреннего конуса пламени, причем под влиянием высокой температуры на внутренней поверхности конуса происходит распад ацетилена на его составляющие по реакции:
С2h3 = 2С + h3 + Q4
где Q4≈54 ккал/моль или 2070 ккал/кг ацетилена.
Таким образом, общая полезная теплопроизводительность пламени ацетилена применительно к сварочным процессам представляет собой сумму тепла, выделяемого при распаде ацетилена, и тепла, выделяемого при неполном сгорании, что составляет Q4 + Q2 = 2070 + 2300 = 4370 ккал/кг или 4370×1,1709 ≈ 5120 ккал/м3.
При содержании ацетилена в смеси около 45% (т. е. при отношении кислорода к ацетилену, примерно равном 1,25) достигается максимальная температура ацетилено-кислородного пламени, которая составляет 3200°С. Следовательно температура пламени изменяется в зависимости от состава смеси.
При содержании 27% ацетилена достигается максимальная скорость воспламенения ацетилено-кислородной смеси, которая равна 13,5 м/сек. Следовательно, в зависимости от состава смеси также изменяется и скорость воспламенения.
Данные зависимостей скорости воспламенения и температуры пламени и от содержания в ней ацетилена представлены ниже в таблице.
12 | 15 | 20 | 25 | 27 | 30 | 32 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 |
- | 2920 | 2940 | 2960 | 2970 | 2990 | 3010 | 3060 | 3140 | 3070 | 2840 | |
8,0 | 10,0 | 11,8 | 13,3 | 13,5 | 13,1 | 12,5 | 11,3 | 9,3 | 7,8 | 6,7 | - |
Необходимо понимать, что полное сгорание ацетилено-воздушной смеси достигается при наличии в ней не более 1×100/(1+11,905)=7,75% ацетилена (так называемая стехиометрическая смесь). При этом продуктами реакции являются только углекислый газ (СО2) и вода (h3О). При содержании ацетилена более 17,37% в виде сажи выделяется свободный углерод.
С увеличение процентного содержание ацетила выделение сажи также возрастает (коптящее пламя), а при 81% ацетилена - процесс горения прекращается или не возникает.
Ацетилен выпускают по ГОСТ 5457 растворенным и газообразным. Хранят и транспортируют его в растворенном состоянии в специальных стальных баллонах по ГОСТ 949, заполненных пористой, пропитанной ацетоном массой (см. статью «Полимеризация и растворение ацетилена». Баллоны окрашены в серый цвет и надписью красными буквами «АЦЕТИЛЕН» на верхней цилиндрической части.
Максимальное давление ацетилена при заполнении баллона составляет 2,5 МПа (25 кгс/см2), при отстое и охлаждении баллона до 20°С оно снижается до 1,9 МПа (19 кгс/см2). При этом давлении в 40-литровый баллон вмещается 5-5,8 кг ацетилена по массе (4,6-5,3 м3 газа при 20°С и 760 мм рт. ст.).
Давление ацетилена в полностью наполненном баллоне изменяется при изменении температуры следующим образом:
-5 | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 30 | 40 |
1,3 | 1,4 | 14 | 1,7 | 1,8 | 12 | 2,4 | 3,0 |
Коэффициенты перевода объема и массы ацетилена при Т=15°С и Р=0,1 МПа
1,109 | 1 |
1 | 0,909 |
Коэффициенты перевода объема и массы ацетилена при Т=0°С и Р=0,1 МПа
1,176 | 1 |
1 | 0,850 |
Газ в баллоне
Ацетилен | 40 | 5 | 4,545 |
weldering.com
Температура аидоизменения пропана
При решении ежедневных задач в век постоянно развивающегося технического прогресса самым востребованным техническим продуктов является газ пропан. Он находит широкое применение в бытовой сфере на производстве – при резке и газосварке металлов, и во многих других отраслях.
Возникает вопрос, чем обусловлена такая широкая гамма его применения? Пропан по своей природе является бесцветным газом, он не имеет вкуса и запаха, он почти в полтора раза тяжелее, чем воздух. При обычной температуре этот газ, легко переходит в жидкую форму состояния лишь при давлении рваном шестнадцати – двадцати атмосферам (его поддерживают стандартные баллоны красного цвета). При транспортировке это будет намного удобнее. В состоянии обычного давления температура сжижения у пропана равна – 42 ºС.
Температура сгорания пропана на воздухе ориентировочно восемьсот градусов. В струе чистого кислорода температура горения пропана – до 2800 ºС. В чистый виде пропан применяется очень редко, намного шире используется его смесь с бутаном и то, что мы привыкли называть - «пропан» - это является такой смесью. Температура горения пропан бутана будет выше и доходит до 3000 ºС. Благодаря тому, что температура пламени пропана очень высокая, его применяют для резки металлов в газовых горелках. У нас доставка пропана осуществляется по Москве и области.
Поэтому такая смесь переходит в жидкую форму и при этом испаряется, гораздо медленнее, температура испарения пропана немного ниже нуля градусов. При этом температура кипения пропана почти равная температуре сжижения, испаряемость такого газа достаточно высокая. Но при низких показателях температуры необходимо обеспечить не просто испаряемость, но и создание нужного уровня давления в трубопроводной системе, а техническими нормами установленное давление, которое в зимний период ослабевает. Нужно отметить, что температура замерзания пропана составляет -187,6 градусов, а у бутана этот показатель – 138 градусов.
Такие перепады температур заставили ввести жесткую регламентацию составов смесей, отличающихся составами для различных времен года. Зимой при низких температурах состав бутана уменьшают, летом его увеличивают почти до пятидесяти процентов. Пропан будет находиться в состоянии газа при температуре ниже нуля 42 градуса, бутам в газовом состоянии только при нуле. Если температуры будут ниже данных показателе, то будет наблюдаться отсутствие давление газов. Это должны учитывать автомобилисты. Купить пропановые газовые баллоны можете на нашем сайте.
На нашем сайте Вы можете сделать заказ необходимого Вам оборудования в городах и регионах: Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск, Екатеринбург, Нижний Новгород, Казань, Челябинск, Ростов-на-Дону, Уфа, Красноярск, Краснодар.
8 (800) 500-49-17 - Звонок по России бесплатный
gazzachas.ru
FAS — 8.3. Температура горения
В теплотехнике различаются следующие температуры горения газов: жаропроизводительность, калориметрическую, теоретическую и действительную (расчетную). Жаропроизводительность tж — максимальная температура продуктов полного сгорания газа в адиабатических условиях с коэффициентом избытка воздуха α = 1,0 и при температуре газа и воздуха, равной 0°C:
tж = Qн /(ΣVcp) (8.11)
где Qн — низшая теплота сгорания газа, кДж/м3; ΣVcp — сумма произведений объемов диоксида углерода, водяного пара и азота, образовавшихся при сгорании 1 м3 газа (м3/м3), и их средних объемных теплоемкостей при постоянном давлении в пределах температур от 0°С до tж (кДж/(м3•°С).
В силу непостоянства теплоемкости газов жаропроизводительность определяется методом последовательных приближений. В качестве начального параметра берется ее значение для природного газа (≈2000°С), при α = 1,0 определяются объемы компонентов продуктов сгорания, по табл. 8.3 находится их средняя теплоемкость и затем по формуле (8.11) считается жаропроизводительность газа. Если в результате подсчета она окажется ниже или выше принятой, то задается другая температура и расчет повторяется.
Жаропроизводительность распространенных простых и сложных газов при их горении в сухом воздухе приведена в табл. 8.4.
При сжигании газа в атмосферном воздухе, содержащем около 1 вес. % влаги, жаропроизводительность снижается на 25–30°С.Калориметрическая температура горения tK — температура, определяемая без учета диссоциации водяных паров и диоксида углерода, но с учетом фактической начальной температуры газа и воздуха. Она отличается от жаропроизводительности tж тем, что температура газа и воздуха, а также коэффициент избытка воздуха α принимаются по их действительным значениям. Определить tK можно по формуле:
tК = (Qн + qфиз)/(ΣVcp) (8.12)
где qфиз — теплосодержание (физическая теплота) газа и воздуха, отсчитываемое от 0°С, кДж/м3.
Природные и сжиженные углеводородные газы перед сжиганием обычно не нагревают, и их объем по сравнению с объемом воздуха, идущего на горение, невелик. Поэтому при определении калориметрической температуры теплосодержание газов можно не учитывать. При сжигании газов с низкой теплотой сгорания (генераторные, доменные и др.) их теплосодержание (в особенности нагретых до сжигания) оказывает весьма существенное влияние на калориметрическую температуру.
Зависимость калориметрической температуры природного газа среднего состава в воздухе с температурой 0°С и влажностью 1% от коэффициента избытка воздуха а приведена в табл. 8.5, для сжиженного углеводородного газа при его сжигании в сухом воздухе — в табл. 8.7. Данными табл. 8.5–8.7 можно с достаточной точностью руководствоваться при установлении калориметрической температуры горения других природных газов, сравнительно близких по составу, и углеводородных газов практически любого состава. При необходимости получить высокую температуру при сжигании газов с малыми коэффициентами избытка воздуха, а также для повышения КПД печей, на практике подогревают воздух, что приводит к росту калориметрической температуры (см. табл. 8.6).
Теоретическая температура горения tT — максимальная температура, определяемая аналогично калориметрической tK, но с поправкой на эндотермические (требующие теплоты) реакции диссоциации диоксида углерода и водяного пара, идущие с увеличением объема:
СО2 ‹–› СО + 0,5О2 — 283 мДж/моль (8.13)Н2О ‹–› Н2 + 0,5О2 — 242 мДж/моль (8.14)
При высоких температурах диссоциация может привести к образованию атомарного водорода, кислорода и гидроксильных групп ОН. Кроме того, при сжигании газа всегда образуется некоторое количество оксида азота. Все эти реакции эндотермичны и приводят к снижению температуры горения.
Теоретическая температура горения может быть определена по следующей формуле:
tT = (Qн + qфиз – qдис)/(ΣVcp) (8.15)
где qдис — суммарные затраты теплоты на диссоциацию СО2 и Н2О в продуктах сгорания, кДж/м3; ΣVcp — сумма произведения объема и средней теплоемкости продуктов сгорания с учетом диссоциации на 1 м3 газа.
Как видно из табл. 8.8, при температуре до 1600°С степень диссоциации может не учитываться, и теоретическую температуру горения может принять равной калориметрической. При более высокой температуре степень диссоциации может существенно снижать температуру в рабочем пространстве. На практике особой необходимости в этом нет, теоретическую температуру горения необходимо определять только для высокотемпературных печей, работающих на предварительно нагретом воздухе (например, мартеновских). Для котельных установок в этом нужды нет.
Действительная (расчетная) температура продуктов сгорания tд — температура, которая достигается в реальных условиях в самой горячей точке факела. Она ниже теоретической и зависит от потерь теплоты в окружающую среду, степени отдачи теплоты из зоны горения излучением, растянутости процесса горения во времени и др. Действительные усредненные температуры в топках печей и котлов определяются по тепловому балансу или приближенно по теоретической или калориметрической температуре горения в зависимости от температуры в топках с введением в них экспериментально установленных поправочных коэффициентов:
tд = tтη (8.16)
где η— т.н. пирометрический коэффициент, укладывающийся в пределах: - для качественно выполненных термических и нагревательных печей с теплоизоляцией — 0,75–0,85; - для герметичных печей без теплоизоляции — 0,70–0,75; - для экранированных топок котлов — 0,60–0,75.
В практике надо знать не только приведенные выше адиабатные температуры горения, но и максимальные температуры, возникающие в пламени. Их приближенные значения обычно устанавливают экспериментально методами спектрографии. Максимальные температуры, возникающие в свободном пламени на расстоянии 5–10 мм от вершины конусного фронта горения, приведены в табл. 8.9. Анализ приведенных данных показывает, что максимальные температуры в пламени меньше жаропроизводительности (за счет затрат тепла на диссоциацию Н2О и СО2 и отвода теплоты из пламенной зоны).
Таблица 8.3. Средняя объемная теплоемкость газов, кДж/(м3•°С)
| Температура, °С | CO2 | N2 | O2 | CO | Ch5 | h3 | h3O (водяные пары) | воздух | |
| сухой | влажный на 1 м3 сухого газа | ||||||||
| 0 | 1,5981 | 1,2970 | 1,3087 | 1,3062 | 1,5708 | 1,2852 | 1,4990 | 1,2991 | 1,3230 |
| 100 | 1,7186 | 1,2991 | 1,3209 | 1,3062 | 1,6590 | 1,2978 | 1,5103 | 1,3045 | 1,3285 |
| 200 | 1,8018 | 1,3045 | 1,3398 | 1,3146 | 1,7724 | 1,3020 | 1,5267 | 1,3142 | 1,3360 |
| 300 | 1,8770 | 1,3112 | 1,3608 | 1,3230 | 1,8984 | 1,3062 | 1,5473 | 1,3217 | 1,3465 |
| 400 | 1,9858 | 1,3213 | 1,3822 | 1,3356 | 2,0286 | 1,3104 | 1,5704 | 1,3335 | 1,3587 |
| 500 | 2,0030 | 1,3327 | 1,4024 | 1,3482 | 2,1504 | 1,3104 | 1,5943 | 1,3469 | 1,3787 |
| 600 | 2,0559 | 1,3453 | 1,4217 | 1,3650 | 2,2764 | 1,3146 | 1,6195 | 1,3612 | 1,3873 |
| 700 | 2,1034 | 1,3587 | 1,3549 | 1,3776 | 2,3898 | 1,3188 | 1,6464 | 1,3755 | 1,4020 |
| 800 | 2,1462 | 1,3717 | 1,4549 | 1,3944 | 2,5032 | 1,3230 | 1,6737 | 1,3889 | 1,4158 |
| 900 | 2,1857 | 1,3857 | 1,4692 | 1,4070 | 2,6040 | 1,3314 | 1,7010 | 1,4020 | 1,4293 |
| 1000 | 2,2210 | 1,3965 | 1,4822 | 1,4196 | 2,7048 | 1,335 | |||
fas.su
