Содержание окислителя, стехиометрический

24 
Пример 2. Сжигание водорода в кислороде. Стехиометрическое 
уравнение этой реакции может быть записано в виде: 
2Н
2
+О
2
=2Н
2
О илиН
2
+0,5О
2
=Н
2
О 
С учетом молекулярных масс веществ получим 
2кг Н
2
+0,5

32кг О
2
=18кг Н
2
О 
Из расчета на 1кг горючего 
1кг Н
2
+ (16/2)кг О
2
=9кг Н
2
О 
То есть для сжигания 1кг водорода необходимо 8кг кислорода, 
при этом получается 9 кг воды. 
В случае сжигания в кислороде углеводородного горючего, на-
пример керосина состава CnHm, количество требующегося окислителя 
можно найти как сумму произведений стехиометрических количеств 
кислорода, взятых для сжигания углерода и водорода, умноженных на 
относительные массовые доли элементов в составе заданного горюче-
го, то есть керосина. 
Пример 3. Обычно в керосине типа CnHm содержится до 86 % уг-
лерода, 13-14 % водорода и около 1 % кислорода, растворенного в 
жидком горючем. Обозначив относительные массовые доли углерода и 
водорода соответственно через С и Н и пользуясь результатами приме-
ров 1 и 2, можно сразу записать теоретически требуемое количество 
окислителя на 1 кг горючего керосина: 
О
тр
= (8/3)С
кг
О
2
+8Н
кг
О
2
– О
гор
[кгО
2
/г горючего], 
где О
тр
– требуемое количество окислителя – кислорода для стехио-
метрического сжигания 1 кг горючего – керосина, 
О
гор
– количество кислорода, растворенного в 1кг горючего, при-
мерно 1 %. 
Полученное расчетами соотношение между окислителем и горю-
чим характерно только для заданного состава топлива, поэтому им 
удобно пользоваться для сравнения разных топлив. Отношение массы 
окислителя к массе горючего при стехиометрических реакциях назы-
ваются стехиометрическим соотношением компонентов (или стехио-
метрическим коэффициентом) и обозначают k или k
mo
. Величина k оп-
ределяется по высшим валентностям элементов, соответствующим об-
разованию продуктов только полного окисления. 
Высшие валентности некоторых химических элементов приведе-
ны в таблице 1.1 
Таблица 1.1 – Валентности химических элементов 
Элемент H Li K Na Be Мg B Al C S P N F Cl B2 O 
Валент-
ность 
1 1 1 1 2 2 3 3 4 4 5 0 -1 -1 -1 -2 

25 
Число свободных (незамещенных) электроположительных ва-
лентностей в одной молекуле горючего составляет: 
, 
число свободных электроотрицательных валентностей в одной молеку-
ле окислителя: 
гдеb
ir
, b
iok
– число атомов i-ого химического элемента в условной моле-
куле горючего и окислителя,
– валентности.
Тогда: 







m
i
i
iok
m
i
i
iг
o
b
b
k
1
1


(1.14) 
Значению
соответствует массовое стехиометрическое соотно-
шение
(кг окислителя/кг горючего) и объемное стехнометрическое 
соотношение k
oν
(м
3
окислителя/м
3
горючего) компонентов топлива, 
определяемых по формулам 
 
(1.15) 
 
(1.16) 
где ρ
ok
, ρ
r
– плотности окислителя горючего. 
Фактическое (действительное соотношение компонентов в топли-
ве k
m
, k
v
(или k) на практике чаще всего отличается от стехиометриче-
ского. Отношение величины k
m
, k
v
(
) к соответствующему стехио-
метрическому 
значению 
называют 
коэффициентом 
избытка 
окислителяα
ok
: 
 
(1.17) 
Величина
является безразмерной. При стехиометрическом 
соотношении окислителя и горючего коэффициент α=1. Обычно ис-
пользуют ракетные топлива с недостатком окислителя по сравнению со 
стехиометрическим, то есть при
<1. 
Значения
и 
связаны соотношениями с массовыми 
, 
, 
и объемными
, 
расходами компонентов топлива для ЖРД: 

26 
Массовые и объемные доли компонентов топлива при этом со-
ставляют 
(1.18) 
Пример 4. Рассмотрим двухкомпонентное топливо для ЖРД
N
2
O
4
+(CH
3
)2HNH
2
(четырехокись 
азота+гептил, 
µ
ок
=92,016,
µ
r
=60,102) при α
ок
=0,8. В соответствии с формулами (1.4) и (1.5) моль-
ное κ
0
и массовое 
стехиометрические соотношения равны: 
; 
;; 
а число атомов в условной молекуле топлива составляет bС=2,0,
bH=8,0, bN=2,0+0,8

2,0

2,0=5,2; bO=0,8

2,0

4,0=6,4. 
Химическая формула условной молекулы топлива записывается в 
виде C
2,0
H
8,0
N
5,2
O
6,4
, при этом молекулярная масса топлива равна
207,3 кг/моль. 
Если многокомпонентное топливо задано массовыми долями, то 
условную формулу такого топлива надо составлять так же, как и для 
сложного компонента. Если в компоненте содержится r веществ, каж-
дое вещество, например n-e, записывается условной или истинной хи-
мической формулой с молекулярной массой µ
n
и массовой долей g
n
. 
Количество молей n-ого вещества в условном моле компонента с 
молекулярной массой µ
к
составляет 
 
(1.19) 
Тогда количество атомов i-го химического элемента в условной 
формуле компонента равно 
 
(1.20) 
Пример 5. Запишем условную формулу компонента – 98 %-ой пе-
рекиси водорода ( 
,
0,02) на молекулярную массу
µ
к
=1000. По формуле (1.19) вычисляем
,
, где 
;
. Затем по формуле (1.20) определяем: 
 
 

27 
Условная формула одного моля 98 % Н
2
О
2
имеет вид 
Н
59,84
О
58,73
;µ
к
=1000. 
Соотношение между окислительными и окисляющимися (горю-
чими) элементами в многокомпонентном топливе можно характеризо-
вать коэффициентом избытка окислительных элементов. Суммарное 
число окислительных валентностей в условной молекуле топлива рав-
но сумме произведений числа атомов окисляющихся (горючих) эле-
ментов на их высшую (положительную) валентность, то есть 
. Следовательно 
 
(1.21) 
Если в горючем содержатся только окисляющиеся элементы, в 
окислителе только окислительные, то α и коэффициент избытка окис-
лителя совпадают. В иных случаях αможет отличаться от α
ok
. 

жүктеу/скачать 1.91 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: