第 1 章燃燒的化學(xué)基礎(chǔ)

1、1第一章 燃燒的化學(xué)基礎(chǔ) 3本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容n1.1 燃燒的本質(zhì)和條件n1.2 燃燒所需空氣量的計(jì)算n1.3 燃燒產(chǎn)物及其計(jì)算n1.4 燃燒熱與燃燒（火焰）溫度1.1 燃燒的本質(zhì)和條件燃燒的本質(zhì)和條件n燃燒的本質(zhì) 所謂燃燒是指可燃物與氧化劑作用發(fā)生的放熱反應(yīng)，通常伴有火焰、發(fā)光或發(fā)煙的現(xiàn)象。n什么是“火焰”？ 由于燃燒區(qū)溫度較高，使得其中白熾的固體粒子和某些不穩(wěn)定（或受激發(fā)）的中間物質(zhì)分子內(nèi)的電子發(fā)生能及躍遷從而發(fā)生各種波長(zhǎng)的光，發(fā)光的氣相燃燒區(qū)則稱之為“火焰”。n什么是“煙”？ 由于燃燒不完全等原因會(huì)使得產(chǎn)物中混有一些微小的顆粒，這時(shí)即形成“煙”。n燃燒的本質(zhì)：燃燒的本質(zhì)：n爆炸爆炸

2、 如果燃燒速度很快，則高溫條件下產(chǎn)生的氣體和周圍氣體共同膨脹，使得反應(yīng)能量直接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，在壓力釋放的同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)光、熱和聲響，即所謂的“爆炸”。爆炸與燃燒沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，而是燃燒的常見(jiàn)表現(xiàn)形式。7n 燃燒與爆炸的關(guān)系燃燒與爆炸的關(guān)系 燃燒與爆炸有著密切的關(guān)系，尤其是化學(xué)爆炸，其反應(yīng)實(shí)質(zhì)與燃燃燒與爆炸有著密切的關(guān)系，尤其是化學(xué)爆炸，其反應(yīng)實(shí)質(zhì)與燃燒完全相同，都是氧化還原反應(yīng)。燒完全相同，都是氧化還原反應(yīng)。燃燒與爆炸也有區(qū)別，最主要的差異就是反應(yīng)速度不同。燃燒與爆炸也有區(qū)別，最主要的差異就是反應(yīng)速度不同。燃燒與爆炸在一定條件下可以轉(zhuǎn)化。燃燒與爆炸在一定條件下可以轉(zhuǎn)化。n燃燒的必要條件燃燒的必要條

3、件p可燃物可燃物還原劑還原劑n 可分為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)可分為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)n可分為無(wú)機(jī)物和有機(jī)物可分為無(wú)機(jī)物和有機(jī)物n無(wú)機(jī)物有：（無(wú)機(jī)物有：（絕大多數(shù)無(wú)機(jī)物不可燃）絕大多數(shù)無(wú)機(jī)物不可燃） 單質(zhì)，單質(zhì)，如如K、Na、P、S、H2化合物化合物，如，如CO、H2、NH3、H2S、CS2、PH3n有機(jī)物有有機(jī)物有：（：（絕大多數(shù)有機(jī)物可燃，鹵代烴、硅烷除外絕大多數(shù)有機(jī)物可燃，鹵代烴、硅烷除外） 小分子小分子：如天然氣、液化石油氣、汽油、柴油、食用油：如天然氣、液化石油氣、汽油、柴油、食用油 高分子高分子：天然高分子天然高分子，如木材、棉、麻、毛、天然橡膠、煤，如木材、棉、麻、毛、天然橡膠、煤 合成高

4、分子合成高分子：如塑料、合成纖維、合成橡膠：如塑料、合成纖維、合成橡膠 可燃固體可燃固體p助燃物助燃物氧化劑：如氧氣，氯氣，濃硫酸，過(guò)氧化鈉特例：炸藥（氧平衡）p點(diǎn)火源點(diǎn)火源引燃物質(zhì)燃燒的點(diǎn)燃能源種類有：火焰：直接點(diǎn)燃，熱輻射高溫物體：如電熨斗、火星電火花：電氣火花，靜電火花機(jī)械能：撞擊、摩擦、氣體壓縮光能化學(xué)能n燃燒的充分條件燃燒的充分條件燃燒條件的應(yīng)用燃燒條件的應(yīng)用n防火方法防火方法p防火最根本的原理是防止燃燒條件的形成。p根據(jù)著火三角形，可以提出以下防火方法：n1控制可燃物用難燃或不燃材料代替易燃材料；對(duì)工廠易產(chǎn)生可燃?xì)怏w的地方，可采取通風(fēng)；在森林中采用防火隔離林等n2隔絕空氣涉及易燃易

5、爆物質(zhì)的生產(chǎn)過(guò)程，應(yīng)在密閉設(shè)備中進(jìn)行；對(duì)有異常危險(xiǎn)的，要充入惰性介質(zhì)保護(hù)；隔絕空氣儲(chǔ)存某些物質(zhì)等。n3消除點(diǎn)火源在易產(chǎn)生可燃性氣體場(chǎng)所，應(yīng)采用防爆電器；禁止一切火種等。n滅火方法滅火方法p滅火的根本原理是破壞已形成的燃燒條件p根據(jù)著火三角形，可以提出以下滅火方法n1隔離法將尚未燃燒的可燃物移走斷絕可燃物來(lái)源n2窒息法用不燃或難燃物捂住燃燒物質(zhì)表面；用水蒸氣或惰性氣體灌注著火的容器；密閉起火的建筑物的空洞等，n3冷卻法用水等降低燃燒區(qū)的溫度，當(dāng)其低于可燃物的燃點(diǎn)時(shí)，燃燒停止n4. 抑制法使滅火劑參與到燃燒反應(yīng)中去，它可以銷毀燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的游離基，形成穩(wěn)定分子或低活性游離基，從而使燃燒反應(yīng)終止1

6、.2 燃燒空氣量的計(jì)算燃燒空氣量的計(jì)算n1.2.1 理論空氣量理論空氣量p空氣含有近21（23.2重量）的氧氣 p氧氣/空氣 = 1/4.76 氧氣/氮?dú)?= 1/3.76p 理論空氣量定義：n是指單位量的燃料完全燃燒所需要的最少的空氣量，通常也稱為理論空氣需要量。 n1.2.1.1固體和液體可燃物的理論空氣需要量固體和液體可燃物的理論空氣需要量 p煤、木材、石油等煤、木材、石油等p 工業(yè)分析：工業(yè)分析：nC、H、O、N、S、A和W分別表示可燃物中碳、氫、氧、氮、硫、灰分和水分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù) nC%+H%+O%+N%+S%+A%+W%=100%n其中： C、H、S是可燃成分 nN是不可燃成分 n

7、O是助燃成分 p可燃元素燃燒的化學(xué)方程p1kg可燃物燃燒所需氧氣和空氣的體積 （m3/kg）p CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O CH3OH + 1.5O2 = CO2 + 2H2O22COOCOHOH22214122SOOS2, 0104 .22)3232412(2OSHCVO21. 02, 0, 0OairVVp例1-1：求5kg木材完全燃燒所需要的理論空氣量。已知木材的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組分為：C43，H7，O41，N2，W6，A1。 解：依據(jù)上述有關(guān)公式，燃燒1kg此木材所需理論氧氣體積為 （m3） 燃燒5kg此木材所需理論空氣體積為 21.67（m3）2, 0104 .22)32

8、32412(2OSHCVO91. 0104 .22)3241471243(2521.02,0,0OairVV521.091.0n1.2.1.2 氣體可燃物的理論空氣量 p可燃?xì)怏w成分：nCO、H2、CnHm 、H2S、CO2 、O2 、N2 、H2O p可燃物完全燃燒的反應(yīng)方程式 p每1m3可燃物完全燃燒時(shí)需要的氧氣體積 （m3/m3 ）2221COOCOOHOH22221222223SOOHOSHOHmnCOOmnHCmn2222)4(2222,010)4(2321212OHCmnSHHCOVmnO2222,0,010)4(23212176.421.02OHCmnSHHCOVVmnOairp

9、例1-2：求1m3焦?fàn)t煤氣燃燒所需要的理論空氣量。已知焦?fàn)t煤氣的體積百分?jǐn)?shù)組成為：CO6.8，H257，CH422.5，C2H43.7，CO22.3，N24.7，H2O3。 解：由碳?xì)浠衔锿ㄊ降?因此，完全燃燒1m3這種煤氣所需理論空氣體積為 1 .567 .34425 .224414mnHCmn2222,0,010)4(23212176. 421. 02OHCmnSHHCOVVmnOair32188. 4101 .5657218 . 62176. 4mn1.2.2 燃燒實(shí)際空氣量和過(guò)量空氣系數(shù)p實(shí)際空氣需要量通常大于與理論空氣需要量p過(guò)量空氣系數(shù)n1時(shí)，燃料與空氣量比稱為化學(xué)當(dāng)（計(jì)）量比n

10、1時(shí)，實(shí)際空氣量多于理論空氣量，才能保證完全燃燒n氣態(tài)可燃物1.02 1.2；n液態(tài)可燃物1.1 1.3；n固態(tài)可燃物1.3 1.7，。 n原因：燃料與空氣的混合不均勻airairVV, 0,1.3 燃燒產(chǎn)物及其計(jì)算燃燒產(chǎn)物及其計(jì)算n基本概念基本概念n1.3.1 完全燃燒時(shí)煙氣量的計(jì)算完全燃燒時(shí)煙氣量的計(jì)算p當(dāng)當(dāng)1時(shí)時(shí)一、固體和液體燃料的燃燒煙氣量的計(jì)算 （m3/kg） OHONSOCOyqVVVVVV22222OHNSOCOyqVVVVV2,02,022,0100124 .222, 0CVCO100324 .222, 0SVSOairNVNV,02,079. 0100284 .2210012

11、4 .221001814 .222, 0HWVOHp濕煙氣 和 干煙氣p當(dāng)1時(shí)二、氣體燃料燃燒煙氣量的計(jì)算 n可燃?xì)怏w成分：CO、H2、CnHm 、H2S、CO2 、O2 、N2 、H2On燃燒產(chǎn)物：CO2、SO2、H2O 和 N2 n當(dāng)1時(shí)，則與固體和液體燃料的計(jì)算一樣OHgyyqVVV2, 0, 0, 0airyqyqVVV,0,0) 1(22, 0102mnCOHnCCOCOV22, 0102SHVso2222, 01022mnOHHCmSHOHHVairNVNV, 022, 079. 0102n1.3.2不完全燃燒時(shí)煙氣量的計(jì)算p若 1, 必然導(dǎo)致不完全燃燒p若1，也會(huì)出現(xiàn)不完全燃燒（

12、原因：燃料與空氣混合不好）p不完全燃燒煙氣成分： CO、H2、CH4、O2、CO2、N2、H2O p1 n式中Vyq為1 時(shí)完全燃燒的產(chǎn)物體積n不完全燃燒煙氣量比完全燃燒煙氣量的體積增加了 222276. 35 . 076. 35 . 05 . 0NCONOCO2222276. 35 . 076. 35 . 05 . 0NOHNOH22222476. 32276. 322NOHCONOCH)5 . 05 . 0(2HCOyqByqVVVVn在 實(shí)際燃燒溫度p在1且完全燃燒情況下，燃燒溫度最高；當(dāng)1時(shí)，供給的空氣量過(guò)多，燃燒溫度也要降低n在實(shí)際燃燒中，物質(zhì)的燃燒溫度并非固定不變的，而是隨著可燃物

13、的種類、結(jié)構(gòu)、氧氣供給情況、散熱條件等因素有一定的變化。n為了比較不同物質(zhì)的燃燒溫度，常對(duì)燃燒條件作統(tǒng)一規(guī)定：p燃燒的初始溫度為298K；p可燃物與氧氣按化學(xué)當(dāng)量比配比；p燃燒為完全燃燒；p燃燒是在等壓下進(jìn)行的；p燃燒是絕熱的，即燃燒反應(yīng)的放熱全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵a(chǎn)物的焓增。n1.5.2 燃燒溫度的計(jì)算燃燒溫度的計(jì)算 p理論燃燒溫度的計(jì)算公式 （常用）p恒壓平均熱容 取決于溫度，只在某一個(gè)溫度范圍內(nèi)是常數(shù)p插值法求理論燃燒溫度t n先假定一個(gè)理論燃燒溫度 t1 ，從“平均恒壓熱容”表中查出相應(yīng)的 代入上述公式，求出相應(yīng)的 Ql1 ；n然后再假定第二個(gè)理論燃燒溫度 t2 ，求出相應(yīng)的 和 Ql2 ；n

14、插值法求出理論燃燒溫度 t ：TpiildTCnQ298298TCVQpiilpiCpiC112121llllQQQQttttn例 1-5：已知木材的組成為：C43，H7，O41，N2，W6，A1（質(zhì)量組成數(shù)），試求其理論燃燒溫度。 p木材的低熱值，QL16993 kJ /kgp設(shè) t1 1900 ，查表得p因?yàn)?Ql Ql1 ，所以 t t1 ，再設(shè) t2 2000 )(803. 010043124 .223, 02mVCO)(856. 01006184 .22100724 .223, 02mVOH)(433. 3312. 4100791004 .222823, 02mVN4074. 22p

15、COC9423. 12OpHC4758. 12pNC)(16458)4758. 1433. 39423. 1856. 04074. 2803. 0(19001kJQl)(17429)4825. 1433. 39628. 1856. 04221. 2803. 0(20002kJQl）(1949)1645816933(1645817429190020001900t作業(yè)作業(yè)n一、已知木材的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組分為：C40，H10，O41，N2，W6，A11.求1kg木材完全燃燒所需要的理論空氣量，煙氣的組成和體積（=1）。2.木材的高、低熱值3. =1.5時(shí)，完全燃燒所需要的理論空氣量，煙氣的組成和體積4. =1.5時(shí)，燃燒溫度n二、某焦?fàn)t煤氣的體積百分?jǐn)?shù)組成為：