Макрокинетика сушки полностью

Низшая теплота сгорания сухого газообразного топлива (МДж/м³) может быть определена [5] по формуле:

Так как в расчетах газовых сушилок расход газа берется в кг, то теплоту сгорания сухого газообразного топлива необходимо пересчитать на МДж/кг. Для этого все члены уравнения (2.26) необходимо поделить на плотность смеси газов _см, находимую по правилу аддитивности:

где у – весовое содержание газа в смеси, – его плотность.

С учетом этого для уравнения (2.27) получим в МДж/кг:

На основании уравнения Менделеева-Клайперона для идеальных газов плотность любого газа при заданной температуре Т и давлении Р рассчитывают по формуле:

где ₀ – плотность газа при нормальных условиях (Р₀ = 760 мм рт.ст и Т₀ = 273,15 К). Расчеты упрощаются для природного газа, т. к. он состоит в основном из метана (более 90 %), а для него ₀ = 0,72 кг/м³.

Высшая теплота сгорания сухого газообразного топлива (МДж/кг) может быть определена по формуле:

Горение топлива – сложный физико-химический процесс взаимодействия топлива с окислителем (кислородом воздуха), сопровождающийся интенсивным выделением тепла и быстрым подъемом температуры.

Если топливо и окислитель находятся в одинаковом фазовом состоянии, то горение называется гомогенным. Если топливо и окислитель находятся в разных фазовых состояниях, то горение называется гетерогенным. Горение газового топлива является процессом гомогенным, а горение, например, дробленого угля или мазута в потоке воздуха – гетерогенным.

Скорость химического взаимодействия в процессе гомогенного горения может быть выражена через изменение концентраций реагирующих веществ C в единицу времени c учетом константы скорости реакции k. Для простейшего случая – реакция первого порядка выражается уравнением:

Интегрирование уравнения (2.31) позволяет получить кинетическое уравнение процесса горения вида:

где С₀ – начальная концентрация вещества.

Закон действующих масс можно применять и для гетерогенных реакций. В этом случае в выражения закона действующих масс входят только концентрации газообразных веществ.

Скорость реакции в сильной степени зависит от температуры. Как известно, эта зависимость выражается законом Аррениуса:

где k₀ – постоянная, определяемая экспериментально; R – газовая постоянная, кДжДмоль •К); T– термодинамическая температура, К; Е – энергия активации.

Если известен элементарный состав топлива С^р, Н^р, О^р и S^р (в процентах по весу), то необходимое для сгорания теоретическое количество воздуха можно определить следующим образом. Запишем реакции полного горения составляющих топлива:

Реакция для водорода (2.24) записана выше. Из этих уравнений количество кислорода для сгорания 1 кг элементов топлива составит для С – 32/12 =2,67; для S – 1; для Н – 32/4=8.

Состав воздуха в объемных % обычно принимается [1] 21 % кислорода и 79 % азота. Мольная масса воздуха составит:

М = 0,21•32 + 0,79•28 = 28,8 кг/моль.

Состав воздуха в массовых % составит 0,21•32/28,8=0,233 % кислорода и 0,79•28/28,8 = 0,768 % азота. С учетом доли кислорода необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива составит для С —2,67/0,233 = 11,5; для S (как и для О) – 1/0,233=4,3; для Н – 8/0,233 =34,5. С учетом выражения элементарного состава топлива в процентах по весу, получим теоретическое количество абсолютно сухого воздуха для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива составит:

Теоретическое количество абсолютно сухого воздуха L_о, необходимое для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива, может быть рассчитано также по приближенной формуле [5]:

Практически для полного сгорания топлива в топку вводят больше воздуха, чем рассчитано теоретически. Отношение этих количеств называют коэффициентом избытка воздуха . Кроме того, в камеры смешения вводят атмосферный воздух для понижения температуры продуктов сгорания до пределов, допустимых при сушке тех или иных материалов. Для тепловых расчетов сушилки устанавливают общий коэффициент избытка воздуха = L