شيمي احتراق ديگ بخار-قسمت اول
مقدمه
طراحي ديگ بخار مستلزم داشتن اطلاعات جامعي از سوخت و مواد حاصل از احتراق آن است. در اين فصل محاسبات احتراق كه در آن مقادير هواي لازم، گازهاي حاصل و تجزيه و غلظت اين گازها بررسي مي شود و نيز ارزش گرمايي سوختها مورد بحث قرار مي گيرد. چون در محاسبات احتراق به تعيين غلظت گازها اشاره مي شود، ابتدا به تشريح آن مي پردازيم:
چگالي گازها
جرم مولي يك جسم عبارت از مجموع حاصلضرب جرم اتمي در تعداد اتمهاي هر يك از عناصر شيميايي فرمول آن جسم است. بنابراين در مونواكسيد كربن(co) كه يك اتم كربن و يك اتم اكسيژن وجود دارد، با توجه به اين كه جرمهاي اتمي آن به ترتيب 12 و 16 است، جرم مولي برابر با 28=16 × 1 + 12× 1 مي باشد. در دي اكسيد كربن (Co2) كه يك اتم كربن و 2 اتم اكسيژن دارد، جرم مولي برابر با 44 = 32 +12 = 16×2+12×1 مي باشد. اين محاسبه را مي توان براي ساير مواد به كار برد. جرم مولي را مي توان در هر يك از واحدهاي جرم بيان كرد. حجم مولي يك گاز حجمي است كه توسط جرم مولي آن در شرايط معين دما و فشار اشغال شده است. در واحدهاي SI ، جرم مولي تمام گازها حجمي معادل 22.4m22) ، در (273 k) 0ºv و فشار مطلق 1.013bar ، غلظت (co2) ، يعني جرم بر حجم برابر است با: در دماي 0 º c و 1.01 bar abs است. براي مثال در مورد (co 44/22.4=1.9643 kg m-3
دما و فشار 0 ºc و 1.01 bar را به نام استانداردهاي دما و فشار مي نامند.
اصطلاح ديگري نيز به نام دما و فشار نرمال به كار مي رود كه شرايط عادي اتمسفر را نشان مي دهد گرچه تعاريف قابل قبول جهاني براي اين دو واحد وجود ندارد. بنابراين در واحد چگالي گازها، براي جلوگيري از ابهام، به شرايط دما و فشار بايد اشاره كرد. در مواردي كه فشار و دماي گاز از 1.013 bar و 0ºc تجاوز مي كند، چگالي گاز در شرايط جديد با استفاده از قانون گازها به اين صورت محاسبه مي شود:
PV=WRT
كه در آن :
فشار مطلق P
حجم V
جرم گازي كه حجم v را اشغال كرده W
دما بر حسب k T
عدد ثابت جهاني براي گاز R
(همه بر حسب واحد يكسان)
W/V=P/RT = چگالي
P1/(RT1) = چگالي
P2/(RT2)= 2چگالي
بنابراين نتيجه مي شود:
(2چگالي T2 / P2 = (1 چگالي T1 / R=P1
كه نتيجه مي شود
3-3 T1/T2×(P2/P1) × 1 چگالي = 2 چگالي
به طور مثال در مورد گاز (co2)، غلظت در tºc و p بار برابر است با:
×(273/(273+t×(p/1.013)kg m-3
1.9643
چگالي مخلوط گازها
چگالي مخلوط گازها را مي توان به سادگي ابتدا با تعيين جرم مولي مخلوط و سپس به كمك اصولي كه گفته شد، محاسبه نمود. به طور مثال چگالي گاز طبيعي طبق آناليز داده شده در جدول 3-1 محاسبه مي شود. جرم مولي مخلوط، با ضرب كردن نسبت حجمي هر يك از اجزا در جرم مولي و جمع نتايج به دست مي آيد. جدول 3-1 تعيين آناليز جرمي گاز طبيعي به كمك آناليز حجمي آن
نسبت جرمي
 درصد جرمي

 نسبت جرمي
D=B×C		 جرم مولكولي
C		 نسبت حجم

 درصد حجم
A		 فرمول تركيب
0.8922
0.0513
0.0104
0.007
0.0042
0.0040


0.0078
0.0231		 89.224
5.134
1.036
0.685
0.425
0.401


0.779
2.313		 15.120
0.870
0.176
0.116
0.072
0.068


0.132
0.392		 16
30
44
58
72
34


44
28		 0.945
0.029
0.004
0.002
0.001
0.002


0.003
0.014		 94.5
2.9
0.4
0.2
0.1
0.2


0.3
1.4		 CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C5H12
H2S

CO2
N2		 متان
اتان
پروپان
بوتان
پنتان
سولفور
هيدروژن
كربن
اكسيدازت
1.000
100.0
16.946
1.000 100.0
كل
جرم مولي مخلوط = 16.946 در جدول 1-3 خلاصه اين محاسبات درج شده است . حاصلضرب ستون b در ستون c مساوي با ستون D است. جمع ارقام ستون D برابر با حجم مولي مخلوط گازها يعني 16.946 مي باشد. چگالي مخلوط گاز طبيعي در 0ºC و فشار 1.013 BAR برابر با 16.946/22.4=0.7565 kg-3­ مي باشد. راه ديگر محاسبه به اين صورت است كه چنانچه مقادير غلظت هر يك از اجزا گاز معلوم باشد، نسبت حجمي (ستون B) هر يك از اجزا را در غلظت آن جزء ضرب كرده و نتايج را جمع مي نماييم تا غلظت گاز مخلوط به دست آيد. بايد دقت كرد كه مقادير چگالي همه در يك شرايط مساوي فشار و دما باشند. تبديل نتيجه به شرايط مطلوب، طبق معادله 3-3 محاسبه مي شود.