当前课程知识点:工程热力学(下) > 第11章 化学热力学基础 > 11-3 化学反应过程的热力学第一定律分析 > Video 11-3_2
下面我们再来介绍一下
过量空气系数以及燃烧过程的放热量
我们前面讲过碳或者是氢
它的燃烧跟氧气发生化学反应
然后产生各自的产物
但是在我们燃烧过程中
当然燃料燃烧需要氧气了
但实际上加的是什么
加入的是空气
大多数的燃烧过程加入的都是空气
只有极个别的时候加入的是纯氧
比如说炼钢的时候它有质量要求
所以要求加入的是纯氧
而对于我们一般动力过程中的燃烧
加入的都是空气
而我们知道空气
主要是由氮气和氧气组成的
而且氮气大概是79%
然后氧气是21%
我们如果不考虑其它少量的气体
主要是由这两部分组成的
这样一来氮气比上氧气的份额
我们就可以算出来 79:21=3.76
也就是说1kmol的氧气
加上3.76kmol的氮气
等于4.76kmol的空气
也就是说如果说
你需要1kmol的氧气
需要4.76kmol的空气
才能提供的
或者说4.76kmol的空气中
含有1kmol的氧气
大家知道这个氮气它是惰性气体
在燃烧的过程中
它是不参与化学反应的
那我是不是就不用考虑了
但是大家要知道
这个燃烧 燃料燃烧它要放热的
氮气在里面
虽然它不参加化学反应
但是它的温度发生了变化
它吸收的热量
所以它对于燃烧过程中
能量的交换是有影响的
所以也要考虑的
我们来看一下甲烷燃烧
一个甲烷加上两个氧气
它生成一个CO2加两个水蒸气
如果说甲烷的燃烧
是利用空气来进行燃烧
2kmol的氧气
它需要多少的空气
我们刚才说空气中
氧气与空气的比例是多少
是1:4.76
所以你这个时候
如果说是需要2kmol的氧气
对应的就应该需要
两倍的4.76kmol的空气
也就是说有这么多的空气
这个甲烷才有可能完全燃烧
就有了理论空气量
什么叫理论空气量
就是完全燃烧反应
理论上需要的空气量
我们以我们刚才那甲烷为例
1kmol的甲烷需要2kmol的氧气
对应的它就需要
2×4.76kmol的空气
这就是甲烷的理论空气量
但是在实际的燃烧过程中
它加入的空气量
比理论的空气量要多的
原因是什么
为了使燃料与空气进行充分的混合
能够完全地燃烧
所以就有了过量空气系数
什么是过量空气系数
就是实际加入的空气量
比上理论空气量
也就是实际空气量
与理论空气量的比值
称其为过量空气系数
我们来看一下燃气轮机
对于燃气轮机而言
它的过量空气系数是多少
是4-5 也就是说实际加入的空气量
是理论空气量的4-5倍
在燃气轮机里加入过量的空气
除了为了充分混合燃烧之外
还有另外两个目的
一个是使得燃烧室里的温度
不至于过高
避免了燃烧室的内壁过热
另外空气的量比较大
它的做功能力怎么样
也就 相应的也就大了
在燃气轮机里加入过量的空气
除了为了燃料充分燃烧
还为了降低燃烧温度
以避免燃烧室内壁过热
同时增大的空气量
也可以增加做功量
而对于锅炉里面
对于锅炉里它的空气过量系数
一般是1.2-1.5
这个完全就是为了燃料充分燃烧
下面我们再来看一下
这个燃烧过程放热量的计算
我们还是甲烷
它在空气里面的燃烧
当然空气的量是过量的
空气的过量系数我们用α来表示
化学反应式
就是一个甲烷加上α乘以2倍的氧气
然后再加上α乘以2乘以3.76倍的氮气
然后产物 我们来看一下产物
这个产物我们用紫色来表示
有二氧化碳 有H2O
然后还有剩余的氧气
以及完全没有参加反应的氮气
我们用示意图来表示
反应物我们用绿色的 放在左侧
三项 有甲烷 有氧气 有氮气
然后这三个反应物
进到系统里面去
然后我们看出来的
出来的产物有四种
一个是CO2 然后是H2O
然后还有这氧气 还有氮气
也就是说你可以很清晰地看出来
它的产物里面有新产生的物质
有剩余的 没有完全反应的物质氧气
然后还有完全没有参加反应的
惰性气体
放热量的计算
燃烧过程放热量的计算
根据不同的过程它是不一样的
比如如果是一个定压燃烧闭口系
所有的产物的焓加起来
然后减去所有的反应物的焓加起来
两者之差就是它的反应热
对于有燃烧的稳定流动过程
如果说有功
这技术功也要放里面去
具体的计算我们就不去展开了
-6-0 导引
-6-0 作业
-6-1 纯物质的热力学面及相图
-6-1 作业
-6-2 汽化与饱和
-6-2 作业
-6-3 水蒸气的定压发生过程
-6-3 作业
-6-4 水及水蒸气状态参数的确定及其热力性质图表
-6-4 作业
-6-5 水蒸气的热力过程
-6-5 作业
-第6章 章节小测验
-7-1 概述
-7-2 朗肯循环
-7-2 作业
-7-3 实际蒸汽动力循环分析
-7-3 作业
-7-4 蒸汽再热循环
-7-4 作业
-7-5 蒸汽回热循环
-7-5 作业
-7-6 热电联产循环
-7-6 作业
-7-7 燃气-蒸汽联合循环
-7-7 作业
-7-8* 高效及绿色发电技术
-第7章 章节小测验
-8-0 导引
-8-0 作业
-8-1 空气压缩制冷循环
-8-1 作业
-8-2 蒸气压缩制冷循环
-8-2 作业
-8-3 热泵
-8-3 作业
-8-4* 热泵与节能环保
-8-5 吸收式制冷循环
-8-5 作业
-8-6 其他形式制冷循环
-8-6 作业
-8-7* 制冷剂与环保
-第8章 章节小测验
-9-0 导引
-9-0 作业
-9-1 混合气体的成分
-9-1 作业
-9-2 分压定律与分容积定律
-9-2 作业
-9-3 混合气体参数的计算
-9-3 作业
-9-4 理想气体的混合熵增
-9-4 作业
-9-5 湿空气及其状态参数
-9-5 作业
-9-6 湿空气的焓及熵
-9-6 作业
-9-7 比湿度的确定及湿球温度
-9-7 作业
-9-8 湿空气的焓湿图与热湿比
-9-8 作业
-9-9 湿空气的基本热力过程
-9-9 作业
-9-10* 环保节水型冷却塔简介
-第9章 章节小测验
-10-0 导引
-10-0 作业
-10-1 研究热力学微分关系式的目的
-10-1 作业
-10-2 特征函数
-10-2 作业
-10-3 数学基础
-10-3 作业
-10-4 热系数
-10-4 作业
-10-5 熵、内能和焓的微分关系式
-10-5 作业
-10-6 比热容的微分关系式
-10-6 作业
-10-7 克拉贝龙方程和焦汤系数
-10-7 作业
-10-8 实际气体对理想气体性质的偏离
-10-8 作业
-10-9 维里方程
-10-9 作业
-10-10 经验性状态方程
-10-10 作业
-10-11 普遍化状态方程与对比态原理
-10-11 作业
-第10章 章节小测验
-11-1 概述
-11-1 作业
-11-2 热力学第一定律在反应系统中的应用
-11-2 作业
-11-3 化学反应过程的热力学第一定律分析
-11-3 作业
-11-4 化学反应过程的热力学第二定律分析
-11-4 作业
-11-5 理想气体的化学平衡
-11-5 作业
-11-6 热力学第三定律及绝对熵
-11-6 作业
-第11章 章节小测验
-期末考试