Sztöchiometrikus éghető keverék

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2019. május 26-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 3 szerkesztést igényelnek .

A sztöchiometrikus éghető keverék ( más görög szóból στοιχεῖον „bázis; elem” + μετρέω „mérem”) oxidálószer és üzemanyag keveréke , amelyben pontosan elegendő oxidálószer van az üzemanyag teljes oxidálásához.

A sztöchiometrikus keverék biztosítja az üzemanyag teljes elégését anélkül, hogy az égéstermékekben felesleges oxidálószer maradna.

Definíciók

Az oxidálószer mennyiségének és a tüzelőanyag mennyiségének arányát az égési folyamatban vagy az éghető tüzelőanyag-oxidálószer keverékben vagy tömegarányban, vagy térfogatban, vagy mólszámban mérjük . Ennek megfelelően vannak tömeg- , térfogat- és mólarányok : $L_{0},$ $L_{V}$ ${\displaystyle L_{M))$

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

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

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

hol vannak az oxidálószer és az üzemanyag tömegei;

{\displaystyle m_{o},\ m_{f))

V_{o},\ V_{f}

— az oxidálószer és az üzemanyag mennyisége;

M_{o},\ M_{f}

az oxidálószer és az üzemanyag moláris mennyisége (mólszám).

Üzemanyag és oxidálószer gáznemű keverékeihez az Avogadro törvénye szerint $L_{M}=L_{V}.$

Ha az égéstermékekben az égés kémiai reakciója során nincs sem szabad oxidálószer, sem el nem égett üzemanyag, akkor az üzemanyag és az oxidálószer ilyen arányát sztöchiometrikusnak nevezzük.

Például a hidrogén égési reakciója oxigénben sztöchiometrikus együtthatókkal :

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

Ebben a reakcióban az égéstermékek (az egyenlet jobb oldalán) nem tartalmaznak sem tüzelőanyagot, sem oxidálószert, és 2 mol hidrogénhez 1 mol oxigén, vagy Avogadro törvénye szerint 2 térfogat hidrogén 1 térfogat. oxigén, vagy 4 g hidrogén 32 g oxigén, vagyis a hidrogén teljes elégetésével oxigénfelesleg nélkül: Ezeket a számértékeket sztöchiometrikus arányoknak nevezzük. $L_{Vst}=L_{Mst}=1/2=0,5,$ $L_{0st}=32/4=8.$

A sztöchiometrikus arányok az üzemanyag és az oxidálószer típusától függenek, például a metán oxigénben történő égési reakciójában:

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

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

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

Az oxidálószer-felesleg arány a tényleges oxidálószer/üzemanyag arány és a sztöchiometrikus arány aránya:

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

továbbá nem függ attól, hogy az oxidálószer/tüzelőanyag arányát milyen formában, tömeggel, molárisan vagy térfogattal határozzák meg. Nyilvánvalóan sztöchiometrikus arányban az oxidálószer/üzemanyag $\alpha$ $\alpha =1.$

Az üzemanyag/oxidálószer keverékeket gazdag keverékeknek és sovány keverékeknek nevezik. $\alpha < 1$ $\alpha >1$

A külföldi tudományos és műszaki irodalomban az oxidálószertöbbletet általában betűvel jelölik $\lambda .$

Egy paramétert is használnak, az úgynevezett tüzelőanyag-többlet arányt , az oxidálószer-többlet arányának reciproka. $\phi =1/\alpha ,$

Levegő/üzemanyag arány és felesleges levegő arány

A leggyakrabban használt oxidálószer a légköri oxigén, ezért gyakran használják a levegő/üzemanyag arány fogalmát - a levegő tömegének vagy térfogatának az üzemanyag tömegéhez vagy térfogatához viszonyított arányát : ${\displaystyle L_{0a))$ ${\displaystyle L_{Va))$

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

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

hol vannak a levegő és az üzemanyag tömegei;

{\displaystyle m_{a},\ m_{f))

V_{a},\ V_{f}

— levegő és üzemanyag mennyisége.

Néha a sztöchiometrikus égési egyenletek szerinti kiszámítás során a levegő és az üzemanyag mólarányát használják, miközben úgy tekintik, hogy a levegő molekulatömege körülbelül 29 g / mol.

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

ahol a levegő és az üzemanyag moláris mennyisége (mólszám).

{\displaystyle M_{a},\ M_{f))

Üzemanyag	${\displaystyle L_{0ast))$	${\displaystyle L_{Vast))$	${\displaystyle L_{Mast))$
Hidrogén	34.2	2.43	2.4
Metán	17.2	9.66	9.5
Propán	16.1	24.2	23.5
Bután	15.4	30.8	31.0
B-70 benzin	14.7	9430	54.2

A levegő egyéb gázokat is tartalmaz, amelyek nem vesznek részt az égési folyamatban, főleg nitrogént , amelynek térfogata (és moláris) koncentrációja körülbelül 78%. A sztöchiometrikus levegő/üzemanyag arány kiszámításához ezt a nitrogént és más inert gázokat figyelembe kell venni a kémiai reakcióegyenletben, az egyenletegyütthatók egyszerűsége érdekében feltételezzük, hogy a levegőben 4 molekula (térfogat) nitrogén jut 1 molekulára (térfogat) oxigén, akkor a metán levegőben történő égésének egyenlete a következő lesz:

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

amiből az következik, hogy 1 térfogatnyi metánhoz a levegőben történő sztöchiometrikus égéshez körülbelül 10 térfogatnyi, pontosabban 9,66 térfogatnyi levegőre van szükség, az eltérés abból adódik, hogy az egyenlet nem veszi figyelembe a levegő argonját koncentrációja körülbelül 1 térfogat. % és a levegő oxigénkoncentrációjának pontos térfogatértéke 20,95%.

Egyes üzemanyagok sztöchiometrikus levegő/üzemanyag arányát a táblázat tartalmazza 25°C-on és 100 kPa -on .

A levegő tényleges térfogatának vagy tömegének a sztöchiometrikus térfogatához vagy tömegéhez viszonyított arányát levegőfelesleg együtthatójának nevezzük [1] : $\alpha$

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

A felesleges levegő együtthatója különféle tüzelőanyag-égető berendezésekben és motorokban

Belső égésű motorok

A levegőfelesleg együtthatója sztöchiometrikus keverék esetén mindig eggyel egyenlő. A gyakorlatban azonban a belső égésű motorokban (ICE) ez az együttható eltér 1-től. Például 1,03-1,05, ami a szikragyújtású motorok hatékonysága szempontjából optimális, ez a többlet annak a ténynek köszönhető, hogy az üzemanyag tökéletlen keveredése levegővel az üzemanyag-befecskendezéses motor karburátorában vagy hengerében, az üzemanyag teljes elégetéséhez kismértékű növelés szükséges . Másrészről a legnagyobb motorteljesítményt, egyéb feltételek mellett, gazdagabb keverékeken ( ) történő üzemeltetés esetén érjük el. Az ábra a szikragyújtású motor teljesítményének és hatásfokának, valamint a benzin levegő/üzemanyag arányának függőségét mutatja bizonyos értékeknél . Így benzinnél a sztöchiometrikus levegő/üzemanyag tömegarány 14,7, propán-bután keveréknél ez az arány 15,6. $\alpha$ $\alpha$ $\alpha$ $\alpha =0,83...0,88$ $\alpha$ $\alpha$

A modern motorokban az optimális közeli szinten tartást automatikus üzemanyag/levegő arányt szabályozó rendszerrel végzik. Az ilyen rendszerek fő érzékelője a szabad oxigén koncentrációjának érzékelője a motor kipufogógázaiban - az úgynevezett lambda szonda . $\alpha$

A dízelmotorokban az erős koromképződés elkerülése érdekében ezeket 1,1 ... 1,3 [2] szinten tartják . $\alpha$

Gázturbinák

Egy gázturbina, például egy repülőgép-hajtómű égésterében 1-hez közel tartják. De a turbinalapátok előtt a gáz hőmérsékletének csökkentése érdekében a lapátok hőállósága miatt a gáz az égéskamrából a turbinakompresszorból vett levegővel hígítjuk, ami körülbelül 1600 °C-ról 1300...1400 °C-ra csökkenti hőmérsékletét, ezért a turbina kipufogógázaiban sokkal több, mint 1, és eléri 5. $\alpha$ $\alpha$ $\alpha$

Ipari, fűtési és háztartási kazánok

$\alpha$ az ilyen kazánokban jelentősen függ a tüzelőanyag típusától. Kis teljesítményű vagy termelékenységű gázkazánokban 1,2 ... 1,4, nagy teljesítményű földgáztüzelésű kazánokban - 1,03 ... 1,1. Folyékony és szilárd tüzelőanyaggal működő kazánokban az égés teljessége érdekében 1,5-2 ... 3 tartományban tartják. $\alpha$ $\alpha$

Jegyzetek

↑ GOST R 51847-2001: A és C típusú háztartási gázos vízmelegítő készülékek. Általános előírások. . Letöltve: 2018. január 14. Az eredetiből archiválva : 2017. október 19. (határozatlan)
↑ Klaus Schreiner: Basiswissen Verbrennungsmotor: Fragen-rechnen-verstehen-bestehen . Springer, Wiesbaden, 2014. ISBN 978-3-658-06187-6 . S. 112

Irodalom

Baehr HB Thermodynamik, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 1988, ISBN 3-540-18073-7 .
Lewis B., Elbe G. Égés, láng és robbanások gázokban. Per. angolról. szerk. K. I. Shchelkina, A. A. Borisova. M.: Mir 1968

Linkek

"A világ körül". Mesterséges lélegeztetés a motor számára. A mérsékelt benzinfogyasztás a hosszú élettartam és a nagy hatékonyság kulcsa.