138 |
Гл. 5. Характеристики топлив ЖРД |
Горючего:
сг= 12с,
Иг
ог = 16о 1
Р-г
Окислителя:
12с2 .
Со =
Ро
Оо = 16о2 .
Ро
Hr=^L;
Иг
14п, |
, |
Nr = —1 |
кг/кг. |
Рг |
|
Но= ±2 •
Ро
14п2
No = — кг;кг,
Ро
(5.9)
(5. 10)
где цг=12с14-Ь1 + 16о,+ 14п,— молекулярный вес горючего;
р0= 12с2-гНг-}— 1 бог + 14п2 — то же окислителя.
Если горючее и окислитель состоят из нескольких отдельных компонентов, то их весовые доли элементов определяются по сле
дующим формулам.
Г орючего:
Сг = £1Сг, + £2СГ2; |
|
+g2Hr2; 1 |
(5 п) |
Or = Jg'1O;1 + gr2Or2 |
и Nr = g1Nr1 |
H-ftNr,. J |
|
Окислителя: |
|
|
|
Co^^Co. + ^Co,; |
Но = |
1 |
(5 |2) |
00 = Я10о. +g2Oo2 |
и No=g1No,+g2NoI, ) |
|
|
где |
g{ |
и g2 |
— весовые доли смеси горючего в «г/кг; |
|
СГ,,НГ, |
и |
Сг2, |
Нг2 |
—элементы одного и соответственно другого |
|
|
|
|
компонента в смеси горючего в кг/кг; |
С0], Но, |
и |
Со2, |
Но2 |
— то же окислителя в кг'кг. |
Составы компонентов топлива при заданных концентрациях их в водных растворах можно выразить следующими условными хими
ческими формулами: |
|
|
|||
|
|
|
Cc,Hh,Oo,Nn,-/nrH2O и Cc2Hh2OO;Nn2-^оН2О; |
(5.13) |
|
здесь |
mt |
и |
т0 — число молей воды, приходящейся на |
1 моль |
чи |
|
|
|
стого горючего и соответственно окислителя, опре |
||
|
|
|
деляемое по формулам: |
|
|
т = |
—°моля{моль; fflo~!X°^100~a°^ моля/моль, (5.14) |
||||
|
|
18аг |
18ло |
|
|
где <тг°/о |
и По % — концентрация в водном растворе |
горючего |
и |
||
|
|
|
соответственно окислителя. |
|
|
<5 3. Пересчет весовых составов компонентов топлива |
139 |
Если в данных водных растворах содержится сгг% |
горючего |
и <То% окислителя, то веса соответствующих растворов по расчету на 1 моль чистого горючего будут:
Pr = Rr+ 18/Пг = Нг— кг\ 110 = 11о+18шо = ро—кг. (5.15) |
|||||
|
|
|
|
°г |
°о |
Пример 1. Написать для керосина условную химическую формулу, если |
|||||
весовые доли его элементов следующие: Сг = 86,4% |
и |
Нг=13,6%. |
|||
Решение. |
|
керосина |
заданного состава будут |
||
1. Числа атомов отдельных элементов |
|||||
Сг |
86,4 |
|
Нг |
|
|
с1 = -т-= — = 7,2 и |
h,= — = 13,6. |
||||
12 |
12 |
1 |
1 |
|
|
2. Керосин имеет условную химическую формулу С7,2Н]31В.
Пример 2. Определить элементарный весовой состав горючего, состоящего по весу из 50% триэтиламина (C6H15N) и 50% ксилидина (C8HnN).
Решение.
L 1. Молекулярные веса компонентов горючего:
а) |
триэтиламина |
|
|
|
|
|
Иг, = 12с! +11! + 14П! = 12-6 + 1-15 + 14-1 = 101,0; |
||||
б) |
ксилидина |
рг |
|
= 12-8 + 11-1 + 14-1 = 121,25. |
|
|
|
2 |
|||
|
|
1 |
|
|
|
2. Весовые доли элементов компонентов смеси горючего: |
|||||
а) |
триэтиламина |
|
|
|
|
|
„ |
12С] |
12-6 |
||
|
с'. = 7;=-йТ7"0'7115ю=71'15^ |
||||
|
НГ[ |
hi |
|
15 |
|
|
= —— = -^-^- = 0,1482 кг= 14,82%; |
||||
|
кт |
14П1 |
14-1 |
||
|
Nr, |
=---- |
! = |
—— = 0,1403 кг = 14,03%; |
|
|
|
Рг |
|
101,2 |
|
6) ксилидина |
|
|
|
Всего 1 кг или 100% |
|
|
СГ |
= 12 — |
12?8 |
||
|
Г2 |
|
|
|
121,25 |
hi 11
Нг/ 121,25“0,9907 ::г-9-07%;
14 Nr* 2 = 14 — 121,25
>хг2
Всего 1 кг или 100%
3. Весовые доли элементов смеси горючего:
Сг=^1СГ1 +^2СГз = 0,5-0,7115+ 0,5-0,7939 = 0,7527 /сг;
Нг = ^!НГ1 + £2НГ2 = 0,5-0,1482 + 0,5-0,0907 = 0,1194 «г;
Hr = #iNr+ £2Nrj = 0,5-0,1403 + 0,5-0,1154 = 0,1279 кг.
Всего 1 кг
140 |
Гл. 5. Характеристики топлив ЖРД |
Пример 3. |
Написать условную химическую формулу для азотной кислоты- |
96%-ной весовой концентрации и определить весовые доли ее элементов. Решение.
1.В водном растворе азотной кислоты содержится воды:
(100 — о0) |
(100 — 96) |
т°~^°----- 18а----- |
= 63 —18~96— = °' 45 моля[моль. |
2. Условная химическая формула данного водного раствора азотной кислоты имеет вид
HNO3-moH2O = HNO3-0,145H2O.
3. Вес водного раствора по расчету на 1 моль чистой азотной кислоты:
, |
100 |
100 |
1*0= Ро-----= 63 — = 69,7 кг. ао 96
4 Весовые доли элементов компонентов смеси окислителя: а) азотной кислоты
Н. |
1 |
N |
141 |
=— = 0,016 кг!кг‘, |
=----- = 0,762 кг’ |
||
°‘ |
63 |
01 |
63 |
16-3
Оо = = 0,222 кг!кг’, °* 63
всего
Но +N- 4-0о =0,016 + 0,762 + 0,222=1 кг;
б) воды
1 |
кг/кг и О. |
16,1 |
Н„ = — = 0,111 |
=------= 0,889 кг/кг; |
|
° 18 |
°2 |
18 |
всего
нО! + °О1 = 0,Ш + 0,889= 1 кг.
5. Весовые доли элементов смеси окислителя:
Но = £iHOi+£2HOj = 0,96.0,016Н- 0,04 -0,111 = 0,020 кг/кг;
No = 0,96-0,762 = 0,213 кг/кг;
Оо = 0,96-0,222 + 0,04-0,889 = 0,763 кг1кг
Всего 1 кг или 100%
§ 4. Определение теоретического и действительного количества окислителя для полного сгорания единицы горючего
Для полного сгорания данного количества горючего теоретиче ски требуется вполне определенное количество окислителя.
Например, для полного сгорания 1 кг тракторного керосина тео
ретически (стехиометрически) требуется 14,8 кг воздуха, или 7,4 кг перекиси водорода, или 5,4 кг азотной кислоты 98 %-ной концентра
ции по весу, или 3,42 кг жидкого кислорода.
§ 4. Определение количества окислителя для полного сгорания горючего 141
Поэтому для кислородного окислителя состав топлива в общем виде можно выразить следующей условной химической формулой:
CC1HhlOo1Nni + xPLCc2Hh2Oo..Nn2, |
(5-16) |
где Хи — число молей окислителя, теоретически потребное для пол
ного сгорания 1 моля горючего, определяемое |
из |
равен |
|
ства чисел атомов кислорода до и после полного сгорания |
|||
горючих элементов топлива |
(табл. 5. 2 и 5. 3), |
т. |
е. |
° 1Ч"7.|х°2=2 (С] +хр.Сг) +0,5 (hi + %р. h2), |
|
|
|
■откуда |
|
|
|
2ci+°'5hT —°i |
моля/моль. |
|
(5.17) |
ио2 - (2с2 + O,5h2)
Вэтой формуле числитель представляет собой число потребных атомов кислорода для полного сгорания 1 моля горючего, а знаме натель — число атомов кислорода, содержащихся в 1 моле окисли
теля.
Таблица 5. 2
Число атомов отдельных элементов в молекуле горючего, окислителя и топлива в общем гиде
Элементы горючего |
В 1 моле |
В 1 моле |
В топливе |
из |
и окислителя |
горючего |
окислителя |
расчета на 1 |
моль |
горючего |
||||
Углерод |
С1 |
Х|Л с2 |
Ci+Xp. с2 |
|
Водород |
hi |
h2 |
hi+7.|i h2 |
|
Кислород |
01 |
+ 02 |
Oi+'Zp. о2 |
|
Азот |
hi |
п2 |
П1+Хц п2 |
|
Аналогичные формулы можно написать для топлива, состояще го из большого числа элементов горючего и окислителя.
Теоретически потребное количество окислителя для полного сго рания данной весовой единицы горючего часто называют коэффи циентом состава топлива.
Предыдущие формулы позволяют определить молярный стехио
метрический коэффициент состава топлива независимо от концен траций горючего и окислителя.
При 100%-ной весовой концентрации горючего и окислителя ве совой и объемный стехиометрические коэффициенты состава топли
ва определяются по формулам:
Хо |
Gs о |
Но |
у 12c2-|-h2+16o2-|-14n2 кг/кг- |
(5.18) |
||
|
Oj г |
p-р |
12с 1 + hj -f-16о1 + 14П1 |
|
||
|
у |
17s о |
Gs o/Yq |
у Тг |
я 1 я |
(5.19) |
|
7-о==~7Г~"==~Г~Г~==/'°— |
л‘л> |
||||
|
|
17s г |
Gs r/fr |
То |
|
|