Obliczenie spółczynnika nadmiaru powietrza etc. według analizy gazu saturacyjnego.»

Transkrypt

1 IX. Prof. K. SMOLEŃSKI. Oblizenie spółzynnika nadmiaru powietrza et. według analizy gazu saturayjnego.» W artykule p. t. Ciekawy przypadek, nieuregulowanego biegu piea wapiennego" ) podaliśmy na poszzególnym przykładzie sposób oblizenia, według danyh analizy gazu saturayjnego: a) spółzynnika nadmiaru 1 fewent. niedomiaru) powietrza, i b) ilośi C, spalonego na 100 kg rozłożonego CaCO.,. W artykule niniejszym podamy ogólny sposób oblizenia tyh wielkośi oraz wyprowadzimy gotowe wzory algebraizne. Gaz saturayjny posiada skład następująy: CO., a", objętośiowyh, O.,, b% CO - % N., d = [100 (a + 6 -f ) ]%. I. Spółzynnik nadmiaru (ewent, niedomiaru) powietrza. W elu wykonania dalszyh oblizeń musimy przedewszystkiem znaleźć skład gazu, którybyśmy otrzymali, gdyby zawarty w pierwotnym gazie CO został spalony na CO, z teoretyzną ilośią powietrza. Pamiętają, że spalanie CO zahodzi według wzoru: = 200., 2 objęt.-j- 1 objet. >2 objętośi, znajdziemy, że na spalenie % CO trzeba użyć % 02, przyzem utworzy się u.i CO.,. Gaz saturayjny zawiera b% O,. Mogą tu teraz mieć miejse trzy przypadki: *) Gaz. Cukr. 62, 1928 r str łj Gaz. Cukr., 61, 1927 r., str. 904 i Prae" niniejsze. XI.

2 215 1) b> 2» mamy wtedy nadmiar powietrza,... (1) 2) b = mamy teoretyzną ilość powietrza,. (2) 3) b<c-~, mamy niedomiar powietrza (3) 1) Przypadek nadmiaru powietrza: (b ) >.0. Po spaleniu CO otrzymamy w gazie: CO., (a -f ) N, 100 (a ) Razem gazu: a + -f b - C - -j- 100 a 6 = 100 Proentowy skład gazu będzie wię następująy: a_ip_o (q+) = a > Ib- Oo - = * 100- N., - Igo [100-(a+ 6+^1 = d i % = _ ( 0 i + 6 j ) 100-f Przypuszzają: 1) że ały azot, zawarty w gazie, pohodzi wyłąznie z powietrza, użytego do spalania 1 ) i 2) że tlen powietrza został użyty wyłąznie na spalenie C (w koksie) *.) oraz pamiętają, że w powietrzu: 79 objętośiom N«odpowiada 21 objętośi 0 L., znajdziemy, że dt% N.,, zawartym w gazie, odpowiada 21. b., = di = 0,266 di u O., z powietrza, użytego do spalania. Teoretyzna zaś ilość tlenu bt, potrzebna do spalania koksu, jest mniejsza o tę ilość tlenu, jaka jest zawarta w gazie: bi= b2 &! = 0,266 di bu. Wobe tego, że ilość powietrza jest proporjonalna do ilośi tlenu, t. zw. spółzynnik nadmiaru powietrza m, zyli stosunek ') W rzezywistośi pewna, zresztą minimalna, ilość Nj w gazie pohodzi z N 2, zawartego w koksie. -) W rzezywistośi pewna, bardzo nieznazna, ilość OJ użyta zostaje na spalenie S i HJ, zawartyh w koksie.

3 216 ilośi faktyznie użytego powietrza do ilośi teoretyznie do spalania niezbędnej, wyrazi się wzorem: b> = 0,266 di _ m ~~ b, 0,266 di 6 Ł ' ' 1 1 Przykład. Gaz saturayjny ukrowni X posiadał przeiętnie skład następująy: C0 2 a = 23,9% 0 2 b = 6,0% CO = 1,6% N2 d = 68,5% Gaz po spaleniu CO ma skład: == 5,2. CO., n} = 25.7$ O, 6, = 5,2% Ni -d x= 69,1% Stąd: _ 0,266 X 69,1 _ 0,266 X ,2 2} Przypadek teoretyznej ilośi powietrza: b = = 0. Po spaleniu CO otrzymamy w gazie: CO L, - (d -f ) O, Af (a -f b -f ). Razem gazu: a -\- -f 100 a 6 = Skład otrzymanego gazu: L U? _ a i 100 [100-(a )]»«ÏÔÔZT-6 ~ d i ~ _ '- A dalej według wyżej przytozonyh rozumowań: b2 = 0,266 /, 6/ = & 2 (ponieważ 6, = 0) i m = 1,0, o, ozywiśie, wynikało z samego postawienia zadania. 3) Przypadek niedomiaru pewietrza: (& ^ J * ' 0- W tym przypadku dla spalenia CO musimy pożyzyć" O., a wię po- Avietrza, z zewnątrz". Ilość pożyzonego" tlenu wyniesie:

4 217 razem z nim wejdzie azot w ilośi: 7 9 I C ou3,76( C 21 \ 2 / ' \ 2 Po spaleniu CO otrzymamy w gazie: C0 2-(a + ) 0 2 0,0 iv (a ) + 3,76 &J = 100 a 4, ,88. Razem gazu: 100 4,766 + l,88. Skład proentowy otrzymanego gazu: ,766+l,88~ 0 1 /o 100 [100 - a - 4, ,88]_ ^ 100-4, ,88 ~ d l /o = - a,. Dla oblizenia spółzynnika m niedomiaru powietrza rozumujemy jak następuje: gaz saturay'ny zawierał d objętośi azotu; po spaleniu zaś CO zawierał azotu: dt = 100 a Ilośi tlenu i powietrza są proporjonalne do ilośi azotu. Ilość azotu d odpowiada ilośi faktyznie użytego powietrza, zaś ilość dt teoretyznie niezbędnej ilośi powietrza. Stąd spółzynnik niedomiaru powietrza: m _ A = ioo-(q + fe + ) f s l d, 100 a 4,766+ 0, 8 8 K ) lub m = ; r- (5'). d + 3,76 (- C 2-6) Przykład (zapożyzony z ytowanej na pozątku pray naszej). Gaz saturayjny posiadał skład: C0 2 - a = 15,6% = 1,0% CO = 19.7% Ą - 6 = 8,85 N3 d= 63,7 % d, = 100 a 4, ,88=97, m = 0,66. 97,0 Skład gazu po spaleniu CO będzie następująy: m (15,6+19,7) _ C0 2!oo -4,76 + 1,88 X 19,7 ~~ /o tf 8 t/, = 100 aj = 73,3%

5 218 II. Ilośi C0.±, pohodząe: 1) ze spalenia C, i 2) z rozkładu CaCOM Posiadają skład proentowy gazu po spaleniu CO, możemy oblizyć, jaki proent CO, w gazie przypada na produkt spalania C (koksu) ; reszta pohodzi z rozkładu CaCO, (wapniaka). Pewnej zawartośi rf t% azotu w gazie odpowiada ilość (objętość) tlenu: b2 = f 9 d t = 0,266 dx% zawarta w powietrzu, użytem do spalania C. Jeżeli zawartość O. w gazie wynosi 6,, to zużyie tlenu na spalenie C wyniesie : 6/=6 2-6, Według wzoru: C -f- 0 2 = C0 2 jedna objętość O, daje przy spalaniu C jedną objętość CO.. A wię w 100 objętośiah gazu mamy: ak = bt = (b2 6i) objętośi C02, pohodząego ze spalania C (koksu). Reszta C0.2, t. j. (a Ł ak] pohodzi z rozkładu CaCO, (wapniaka): Ou, = a1 ak = ai (b2 6 4) Lub, podstawiają zamiast b, jego znazenie według wzoru wyżej przytozonego: ak = 0,266 d1 bi (6) aw = ax (- bi 0,266 dy (7) We wzorah tyh: au bl i dt oznazają proentową zawartość CO,, 0 2 i N, w gazie saturayjnym po spaleniu CO. Wartość: au bx i dx obliza się według wzorów, podanyh w rozdziale I. Uwaga. W oblizeniah tyh nie uwzględniono ilośi CO,, pohłoniętego w płóze gazowej przez wodę. Ilość ta w normalnyh warunkah nie przekraza 0,2 0,3 / CO,. Przykład. Gaz saturayjny posiada skład: " C0 2 - a 23,9 /o = 6,0% CO ć= 1,6% tf 2 d = 68,5 / 0 Po spaleniu CO gaz posiada skład: C0 2 - a, = 25,7% 0,-6,= 5,2% ^-^,=69,1 / C0 2 ze spalania C: ', ak = 0,266X69,1 5,2 = 13,18% C0 2.

6 CO. z rozkładu CaCO.: aw = a i ak = 25,l 13,18= 12,52 u C0 2. III. Ilość C (koksu) spalanego na 100 zęśi rozłożonego CaCO:) (wapniaka). Wiedzą, jaka ilość CO_. w gazie pohodzi ze spalania C (koksu), a jaka z rozkładu CaCO{ (wapniaka), możemy oblizyć, jaka ilość C jest spalana na 1.00 z. rozłożonego CaCO^. Z równań tyh dwuh reakyj : a) C 1 atom = 12 gr 0 2 = C0 2 1 mol 1 mol i b) CaC03 = CaO + C0 2 1 ząstezka > 1 z. + 1 mol = 100 gr widzimy, że: a) przy spalaniu C 1 mol C0 2 powstaje z 12 gr C; b) przy rozkładzie CaCOn 1 mol C02 powstaje ze 100 gr CaCOA. Wiemy, że 1 mol gazu zajmuje objętość 22,4 Li w O /760 m m. W 100 Li gazu (po spaleniu CO) mamy CO a: a) ze spalania C: 2lt~4 m o^ a' b) z rozkładu CaCOA: 2l \ m o^ a' o odpowiada: a) 12 X gr spalonego C == 0,536 ak i b) 100 X ê r rozłożonego CaCOA= 4,46 a u,. Na rozkład 100 gr CaCO., spaliło się wię C: 100 X 0,536 ak ak 0, f o l 4,46 aw aw Podstawiają wartośi a* i aw według wzorów (6) i (7) znajdziemy, że ilość C spalonego na 100 z. rozłożonego CaCO,, wynosi: 12 (0,266 di -6.) 0 f 0; p a, + 6 X - 0,266 d, ' ' ' ' ' ' " ' ' 1 Chą oblizyć ilość koksu spalonego na 100 z. wapniaka, należy uwzględnić: zawartość C w danym koksie, ilość niespalonego C, wyhodząego z piea, oraz zawartość CaCO 9 w danym wapniaku i ilość nierozłożonego CaCO, (niedopału). Jeżeli oznazymy: zawartość C w koksie przez X / 0, ilość niespalonego C przez Ł / 0) zawartość CaCOĄ w wapniaku przez v / 0 i ilość nierozłożonego CaCO,,, przez Jt^/oi to ilość koksu spalonego na 100 zęśi wapniaka wyniesie:

7 220 * - p > ( v f CO) Przykład. kiedy: Przy składzie gazu, podanym w przykładzie poprzednim, ah = 13,2 /0 Qw 12o, /o Znajdujemy ilość C spaloną na 100 z. rozłożonego CaCO?/. 12 X 13,2 _ P _~~12,5 ~ 1 2 ' 6 7 /o Jeżeli koks zawiera ^ = 85 /o C, z żużlem wyhodzi - = 1%C U ) wapniak zawiera v=94 / 0 CaCO :i, a niedopał ~ 2 /0, to zużyie koksu na wapniak wyniesie: IV. Nadmiar koksu, użyty wskutek nieałkowitego spalenia C (CO w gazie). Wiemy, że 1 kg C, spalonego do końa. t. j. na C0 2, daje 8080 Cal., ta sama zaś ilość węgla spalona do CO daje tylko Cal. Obeność CO w gazie świadzy o niewyzyskaniu zęśi iepła potenjalnie w C (koksie) zawartego, a wię o zbyteznem spaleniu pewnej ilośi, pewnego nadmiaru C (koksu). Jak oblizyć ten nadmiar niepotrzebnie spalonego C (koksu)? Z ogólnej ilośi CO,, pohodząego ze spalania C, równej według wzoru (6) : ak = 0,266 /, 6, pewna ilość, którą oznazamy przez pohodzi ze spalania CO, zawartego w gazie saturayjnym. Według danyh, zawartyh w rozdziale I, ta ilość CO,, wyniesie: 1) w przypadku nadmiaru powietrza:, 100 'i = ) w przypadku teoretyznej ilośi powietrza:, h " ) w przypadku niedomiaru powietrza: ,76 b + 1,88 Ponieważ zarówno 1 mol CO, jak 1 mol CO pohodzi ze spalenia 1 atomu C, wię ze 100 z. spalonego ogółem C spalone zostało:

8 221» Y'. «,. r n WAOk Mù a) do końa, t.j. na CU 2: b) zaś do CO: 100 h w _ /O' Zamiast pewnej ilośi g węgla (C), spalonego do CO, wystarzy, ażeby otrzymać tę samą ilość iepła (kaloryj), spalić do końa, t. j. na CO,, ilość: n:-9ni Zamiast wię spalenia Ok ^ JJJ wystarzy spalić 30,6 h Ok Stąd: nadmiar niepotrzebnie spalonego C (koksu), zyli oszzędność C, którą można osiągnąć przez ałkowite spalanie, wyrażona w %-tah spalonej ilośi C, wyniesie: i00j L_30M = A9,4f^ { Ok Ok Ok Przykład. 1) Jeżeli weźmiemy przypadek, ytowany już parokrotnie, gdzie: ak = 13,2")., 100 X 1,6 z a s h = 100-0,8 = 1 6 ' 0, to nadmiar niepotrzebnie spalonego C wyniesie 69,4 X 1,6 -.,..,,. r u. = = 8,4,, spalonej ilośi C. Ponieważ spalono ogółem 12,67% C na CaCO., oszzędzić: wię można było 1 Ż' 6 ioo 8 4 = 1 ' 0 7" n a r o z ł o ż o n y C a C O i i zyli spalić: 12,67 1,07 = 11,60%, zamiast 12,67% C. 2) Przypadek znaznego niedomiaru powietrza i znaznej zawartośi CO w gazie. Mamy pierwotny skład gazu: CO, 15,6"o = a O', l,0 o = 6 CÓ 19,7% = N2 63,7 u = d Po spaleniu zaś CO: 1 C0 2 26,1% == a Ł N, 73,3% = dt Ilość CO,, pohodząego ze spalenia CO:

9 C02 ze spalania C: , ,88 = 14,9%. a* = 0,266 (f, -- 6, = 0,266 X 73,3 = 19,5li. CO. z rozkładu CaCO,: o, = 26,7 19,5 = 7,2%. Sląd spalano C na 100 z. CaCO^: n _ 1 9 v <** _ 12 p 12 X X 19,5 _. =rz = 32,5 o, Qui Nadmiar C, niepotrzebnie spalanego wskutek spalania do CO zamiast na CO,: 69,4 f, 69,4 X 14,9 n B = = rr-= = 53,0 u spalanej uosi C. Ok iy,o Zamiast wię spalanyh 32,5% C można było z tym samym skutkiem ieplnym spalić: 32,5(100-53,0) _ < e,o 15,3 oc. 100 V. Niektóre uwagi. 1. Ktoby hiał korzystać z przytozonyh wzorów do oblizania spółzynnika nadmiaru powietrza i ilośi C, spalonego na 100 z. rozłożonego CaCO,, winien pamiętać: a) że analizy gazu muszą być wykonane z ałą umiejętnośią i preyzją, na jaką pozwala metoda badania (w fabrye zwykle aparat Orsat'a ') i b) że do oblizeń należy mieć przeiętną analizę gazu, np. z 6 8 analiz, wykonanyh przez zmianę. 2 Opisane oblizenia znakomiie nadają się do postawienia diagnozy piea: korzystaliśmy z nih stale i bez zawodu (wespół z p. W. Reiherem) przy naszyh..studjah nad pieami wapiennemi". Ku zdziwieniu (a pozątkowo niedowierzaniu!) personelu tehniznego,,zgadywaliśmy" niedomagania piea, zanimeśmy go nawet obejrzeli. O skuteznośi zabiegów" sądziliśmy również według analizy gazu 2 ). 3. Jeżeli próba do analizy pobierana bywa, jak zwykle, z przewodu tłoząego gaz na saturaję, a wię za pompą, wtedy znaleziony spółzyn- *) Zwraamy uwagę kolegów na koniezność używania dokładnie przyrządzonyh i świeżyh odzynników absorbująyh; dotyzy to szzególniej roztworu p i r o g a 1- lolu; przygotować go należy przed samą kampanją, przehowywać w szzelnie zamkniętem nazyniu i bez dostępu światła; roztwory w Orsaie należy od zasu do zasu zmieniać, dotyzy to szzególniej pirogallolu, który dość prędko wyzerpuje się (kontrola oznazenie Oj w powietrzu!). Przy wykonaniu analizy należy pohłanianie odzynnikiem powtarzać poty, póki objętość pozostałego gazu nie przestanie się zmieniać; szzególną uwagę pod tym względem zwróić na pohłanianie OJ i CO. 2ł Przypomina to diagnozę pewnyh horób według analizy uryny lub krwi pajenta.

10 223 nilk nadmiaru powietrza nie oznaza jeszze, że taki właśnie nadmiar powietrza trafia do piea i idzie na spalanie, gdyż na ałej drodze gazu od wylotu piea aż do pompy nadmiar powietrza może być wessany do gazu przez nieszzelnośi. Chą oznazyć rzezywistą ilość powietrza, whodząą do piea, należy pobrać próbę gazu z górnej zęśi piea poniżej wylotu gazu do przewodów. Powietrze trafia do gazu, według naszyh spostrzeżeń, najzęśiej przez szzelinę między dzwonem przykrywowym i lejem (nie mówią o powietrzu, trafiająem przy podnoszeniu dzwona w zasie ładowania). Ilość tego uboznego" powietrza jest niekiedy dość znazna i bywa jedną z przyzyn (ale nie jedyną!) jednozesnej zawartośi w gazie dość znaznej ilośi O, i CO (np. 6 7% O, i 1,8 2,0"/ CO). W jednej z fabryk, analizują próby gazu, pobrane wprost z piea, wykryliśmy niedomiar powietrza, podzas kiedy próby, pobrane w zwykły sposób, dawały nadmiar powietrza. Streszzenie. Wyprowadzone zostały wzory do oblizania, według analizy gazu saturayjnego, spółzynnika nadmiaru powietrza i ilośi C spalanego na 100 z. rozłożonego CaCO,. I. Jeżeli gaz saturayjny posiada skład: CO., - a /0 O, - 6% CO, - /o N2 - t/% to przy; 1) 6 > -r- mamy nadmiar powietrza, 2) b mamy teoretyzną ilość powietrza, A Q 3) 6 < mamy niedomiar powietrza. 1) W przypadku nadmiaru powietrza gaz po spaleniu CO na CO, będzie posiadać skład: CO, - a, AT (a x + 6J = 6i di > spółzynnik nadmiaru powietrza: 0,266 d\ m 0,266?! &!

11 224 2) W przypadku teoretyznej ilośi powietrza, gaz po spaleniu CO będzie posiadał skład: N., 100 o, =</, i m = 1,0. 3) W przypadku niedomiaru powietrza skład gazu po spaleniu CO będzie następująy: CO 100 (a j-] ,76 6 -fl, ,0 N2 100 a, ==?! i spółzynnik niedomiaru powietrza: d m d + 3,76 ( bj II. Z ogólnej ilośi a^co., zawartego w gazie (po spaleniu CO), pohodzi ze spalania C (koksu) : z rozkładu zaś CaCOs: ak = 0,266 d', 6, aw = a, -f- 6 t 0,266 d,. III. Ilość C, spalanego na 100 z. rozłożonego CaCO:i: IV. Ilość C (koksu), niepotrzebnie spalonego wskutek nieałkowitego spalania (do CO), wynosi: li. = a* 4 u /o spalanego C, gdzie fi oznaza zawartość w gazie (po spaleniu CO) C0 2 l ze spalenia CO: pohodząego f± = w przypadku nadmiaru powietrza, 100 -f fi = TT^T r przy teoretyznej ilośi powietrza 1(JU - o i fi = TTTT, C i < r,r, w przypadku niedomiaru powietrza , ,88 Centralne Laboratorjum Cukrownize, 23 styznia, 1928 r.

12 225 Prof. K. SMOLEŃSKI. Calul du oeffiient de l'exès d'air et d'après la omposition des gaz des fours à haux. Résumé. L'auteur déduit des formules servant au alul diret de l'exès d'air et de la quantité de C (oke) brûlé pour la déomposition de 100 kgr. de CaCO... I. Il est admis que la omposition du gaz arbonique est: CO, a pour ent 0 2 6,, CO - iv 2 d Si: 1) b ]>, il y a exès d'air, 2) b =, la quantité d'air est, juste elle qui est théoriquement néessaire, 3) b <, la quantité d'air est insuffisante. 1) Dans le as où il y a exès d'air la omposition du gaz après la ombustion omplète du CO en CO. est: et le oeffiient de l'exès 100 (a4-)_ o i - = K 100-f Nt 100 (a1+6,) = d, d'air est: rfj m ~ 0.266?! bi 2) Dans le as où la quantité d'air est théorique, la omposition du gaz arbonique après la ombustion omplète du CO sera: 100 (a + ) C 0*--^oo=r~ a i N, 100 a1 = d l et m =

13 226 3) Dans le as où la quantité d'air est insuffisante, la omposition du gaz arbonique après la ombustion du CO sera la suivante: 100 (g + ), n n 100 /i 4,76 ^ Ł 6 _L + i 1.88 o " ,0 N2 100 ai = d! ef /e oeffiient de l'insuffisane d'air sera: d m lf~ b //. La quantité totale a, du CO,, ontenue dans le gaz du four à haux (après la ombustion du COJ, se ompose de at qui résulte de la ombustion du C (oke): ak = d1 b1 et de aw qui résulte de la déomposition du CaCO.,,: III. La quantité de C (oke) onsommée sur 100 kgr. de CaCO.< déom est: 12 a* p= pour ent posé aw = a, + 6 t dit aw IV. La quantité de C (oke) inutilement brûlée par suite d'une ombustion inomplète (jusqu'à la formation de CO) est la suivante: 69 A f a = : pour ent de la quantité 1 totale du C onsommé, où ak l'on désigne par f' la teneur en CO, dans le gaz arbonique qui résulte de la ombustion omplète du CO:. f, = 100. dans le as, ou il y a exès d air fj = «QQ_.ft ^ a" ' > 1 quantité d'air est théorique. s e œs h rkti. 1?^, C, dans le as, où il y a insuffisane d'air. 1UU 4./0 o -j- l.oo 0 0