Stökiömetrinen palava seos

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 26.5.2019 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 3 muokkausta .

Stökiometrinen palava seos ( toisesta kreikasta στοιχεῖον "emäs; alkuaine" + μετρέω "mittaa") on hapettimen ja polttoaineen seos , jossa on täsmälleen tarpeeksi hapettavaa ainetta hapettaakseen polttoaineen kokonaan.

Stökiömetrinen seos varmistaa polttoaineen täydellisen palamisen ilman ylimääräistä hapettimen jäännöstä palamistuotteissa.

Määritelmät

Hapettimen määrän suhde polttoaineen määrään palamisprosessissa tai palavan polttoaineen ja hapettimen seoksessa mitataan joko massasuhteena tai tilavuutena tai moolimääränä . Vastaavasti on olemassa massa- , tilavuus- ja moolisuhteet : $L_{0},$ $L_{V}$ ${\näyttötyyli L_{M))$

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

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

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

missä ovat hapettimen ja polttoaineen massat;

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

V_{o},\ V_{f}

— hapettimen ja polttoaineen määrät;

M_{o},\ M_{f}

on hapettimen ja polttoaineen moolimäärä (moolien lukumäärä).

Polttoaineen ja hapettimen kaasumaisille seoksille Avogadron lain mukaisesti $L_{M}=L_{V}.$

Jos palamistuotteiden kemiallisessa palamisreaktiossa ei ole vapaata hapetinta eikä palamatonta polttoainetta, niin tällaista polttoaineen ja hapettimen suhdetta kutsutaan stoikiometriseksi.

Esimerkiksi vedyn palamisreaktio hapessa stökiömetrisillä kertoimilla :

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

Tässä reaktiossa palamistuotteet (yhtälön oikealla puolella) eivät sisällä polttoainetta tai hapettavaa ainetta ja 2 moolia vetyä vaatii 1 moolia happea tai Avogadron lain mukaan 2 tilavuutta vetyä 1 tilavuus happea tai 4 g vetyä 32 g happea, eli vedyn täydellisellä palamisella ilman ylimääräistä happea: Näitä numeerisia arvoja kutsutaan stoikiometrisiksi suhteiksi. $L_{Vst}=L_{Mst}=1/2=0,5,$ $L_{0st}=32/4=8.$

Stökiometriset suhteet riippuvat polttoaineen ja hapettimen tyypistä, esimerkiksi metaanin palamisreaktiossa hapessa:

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

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

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

Hapettimen ylimääräinen suhde on todellisen hapettimen ja polttoaineen suhteen suhde stoikiometriseen suhteeseen:

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

Lisäksi se ei ole riippuvainen siitä, missä muodossa hapettimen/polttoaineen suhde määräytyy massan, molaarin tai tilavuuden mukaan. Ilmeisesti stoikiometrisessä suhteessa hapetin/polttoaine $\alpha$ $\alpha =1.$

Polttoaine/hapetusaineseoksia kutsutaan rikkaiksi seoksiksi ja laihaiksi seoksiksi. $\alfa < 1$ $\alpha >1$

Ulkomaisessa tieteellisessä ja teknisessä kirjallisuudessa hapettimen ylimäärä on yleensä merkitty kirjaimella $\lambda .$

Käytetään myös parametria, jota kutsutaan polttoaineen ylimääräsuhteeksi , hapettimen ylimääräsuhteen käänteisluku. $\phi =1/\alpha ,$

Ilma/polttoainesuhde ja ylimääräinen ilmasuhde

Yleisimmin käytetty hapetin on ilmakehän happi, joten usein käytetään käsitettä ilma/polttoainesuhde - ilman massan tai tilavuuden suhde polttoaineen massaan tai tilavuuteen: ${\näyttötyyli L_{0a))$ ${\displaystyle L_{Va))$

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

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

missä ovat ilman ja polttoaineen massat;

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

V_{a},\ V_{f}

— ilman ja polttoaineen määrä.

Joskus stoikiometristen palamisyhtälöiden mukaan laskettaessa käytetään ilman ja polttoaineen moolisuhdetta, kun taas katsotaan, että ilman molekyylipaino on noin 29 g / mol.

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

missä on ilman ja polttoaineen moolimäärä (moolien lukumäärä).

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

Polttoaine	${\displaystyle L_{0ast))$	${\displaystyle L_{Vast))$	${\displaystyle L_{Masto))$
Vety	34.2	2.43	2.4
Metaani	17.2	9.66	9.5
Propaani	16.1	24.2	23.5
Butaani	15.4	30.8	31.0
Bensiini B-70	14.7	9430	54.2

Ilma sisältää muita kaasuja, jotka eivät osallistu palamisprosessiin, pääasiassa typpeä , jonka tilavuus (ja molaarinen) pitoisuus on noin 78 %. Stökiömetrisen ilma/polttoainesuhteen laskemiseksi tämä typpi ja muut inertit kaasut on otettava huomioon kemiallisen reaktion yhtälössä, yhtälökertoimien yksinkertaisuuden vuoksi oletetaan, että ilmassa on 4 molekyyliä (tilavuus) typpeä yhtä molekyyliä kohti. (tilavuus) hapen, niin metaanin palamisen yhtälö ilmassa on:

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

josta seuraa, että 1 tilavuus metaania stoikiometriseen palamiseen ilmassa tarvitaan noin 10 tilavuutta ilmaa, tarkemmin sanottuna 9,66 tilavuutta, ero johtuu siitä, että yhtälö ei ota huomioon ilman argonia pitoisuus noin 1 tilavuus. % ja ilman happipitoisuuden tarkka tilavuusarvo on 20,95 %.

Joidenkin polttoaineiden stoikiometriset ilma/polttoainesuhteet on annettu taulukossa ilmalle 25°C:ssa ja 100 kPa :ssa .

Ilman todellisen tilavuuden tai massan suhdetta stoikiometriseen ilmatilavuuteen tai -massaan kutsutaan ylimääräisen ilman kertoimeksi [1] : $\alpha$

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

Ylimääräisen ilman kerroin erilaisissa polttoaineenpolttolaitteissa ja moottoreissa

Polttomoottorit

Ylimääräinen ilmakerroin on aina yhtä suuri kuin yksi stoikiometriselle seokselle. Mutta käytännössä polttomoottoreissa (ICE) tämä kerroin eroaa arvosta 1. Esimerkiksi 1,03-1,05, joka on optimaalinen tehokkuuden kannalta kipinäsytytteisille moottoreille, tämä ylitys johtuu siitä, että polttoaineen epätäydellinen sekoittuminen ilman kanssa polttoaineen ruiskutusmoottorin kaasuttimessa tai sylinterissä, pieni lisäys tarvitaan polttoaineen täydelliseen palamiseen . Toisaalta suurin moottoriteho saavutetaan muiden tekijöiden pysyessä samana käytettäessä rikkaampia seoksia ( ). Kuvassa näkyy kipinäsytytysmoottorin tehon ja hyötysuhteen riippuvuus bensiinin ilma/polttoainesuhteesta joillakin arvoilla . Siten bensiinin stoikiometrinen ilman/polttoaineen painosuhde on 14,7, propaani-butaaniseoksella tämä suhde on 15,6. $\alpha$ $\alpha$ $\alpha$ $\alpha =0,83...0,88$ $\alpha$ $\alpha$

Nykyaikaisissa moottoreissa optimaalisen tason ylläpito tapahtuu automaattisella polttoaine/ilma-suhteen säätöjärjestelmällä. Tällaisten järjestelmien pääanturi on vapaan hapen pitoisuuden anturi moottorin pakokaasuissa - niin kutsuttu lambda-anturi . $\alpha$

Dieselmoottoreissa voimakkaan noen muodostumisen välttämiseksi ne pidetään tasolla 1,1 ... 1,3 [2] . $\alpha$

Kaasuturbiinit

Kaasuturbiinin, esimerkiksi lentokoneen moottorin, palotilassa se pidetään lähellä 1:tä. Mutta turbiinin siipien edessä kaasun lämpötilan alentamiseksi siipien lämmönkestävyydestä johtuen palamiskammiosta laimennetaan turbiinikompressorista otetulla ilmalla, joka laskee sen lämpötilan noin 1600 °C:sta 1300 ... 1400 °C:seen, joten turbiinin pakokaasuissa se on paljon enemmän kuin 1 ja saavuttaa 5. $\alpha$ $\alpha$ $\alpha$

Teollisuus-, lämmitys- ja kotitalouskattilat

$\alpha$ tällaisissa kattiloissa riippuu merkittävästi polttoainetyypistä. Pienen tehon tai tuottavuuden kaasukattiloissa se on 1,2 ... 1,4, suuritehoisissa maakaasua polttavissa kattiloissa - 1,03 ... 1,1. Nestemäisillä ja kiinteillä polttoaineilla toimivissa kattiloissa palamisen täydellisyyden varmistamiseksi se pidetään välillä 1,5 - 2 ... 3. $\alpha$ $\alpha$

Muistiinpanot

↑ GOST R 51847-2001: Kotitalouksien kaasuvesilämmityslaitteet, tyyppi A ja C. Yleiset tiedot. . Haettu 14. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 19. lokakuuta 2017. (määrätön)
↑ Klaus Schreiner: Basiswissen Verbrennungsmotor: Fragen-rechnen-verstehen-bestehen . Springer, Wiesbaden, 2014. ISBN 978-3-658-06187-6 . S. 112

Kirjallisuus

Baehr HB Thermodynamik, Springer-Verlag, Berliini/Heidelberg 1988, ISBN 3-540-18073-7 .
Lewis B., Elbe G. Palaminen, liekki ja räjähdykset kaasuissa. Per. englannista. toim. K. I. Shchelkina, A. A. Borisova. M.: Mir 1968

Linkit

"Maailman ympäri". Keinotekoinen hengitys moottorille. Kohtuullinen bensiinin kulutus on avain pitkäikäisyyteen ja korkeaan hyötysuhteeseen.