Springen naar inhoud

[Scheikunde] Verbranding (brandstoffen)


  • Log in om te kunnen reageren

#1

mathieu_vd

    mathieu_vd


  • >25 berichten
  • 76 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 15 november 2006 - 15:26

Hallo, ik zit vast met dit vraagstuk/bewijs

Opgave:
Meestal wordt er voor verbrandingsgassen een zekere (beperkte) overmaat aan lucht voorzien ten opzichte van de exacte stoechiometrische hoeveelheid.

Het luchtoverschot Ax wordt gedefinieerd als de relatieve overmaal aan lucht, gelijk aan deze extra hoeveelheid lucht gedeeld door de exacte stoechiometrische hoeveelheid.

Dit relatief luchtoverschot kan bepaald worden uit een analyse van de verbrandingsgassen, formule:

LaTeX waarbij O2 en N2 de volumepercenten zijn van resp zuurstof en stikstof in de gedroogde verbrandingsgassen. (dus na verwijdering van de waterdamp)

Bewijs deze formule voor brandstoffen CxHy die uitsluitend bestaan uit koolstof en waterstofatomen (hint 0,266=21/79)

Controleer deze formule voor het concrete geval waarbij 1 mol octaan verbrand wordt met 70 mol lucht.

Ik was hieraan als volgt begonnen,

Het bewijs, daar weet ik niet hoe ik eraan moet beginnen.

Voor de controle:

LaTeX

n(lucht)=70mol ==> n(N2) = 0,79n(lucht) = 55,3 mol

n(tot) = N(CO2)+n(N2) = 8mol + 55,3 mol = 63,3 mol

n(O2) = 14,7 mol

verder geraak ik niet, want er is toch geen temp gegeven ofzo?

iemand een id hoe ik deze 2 vragen kan oplossen??

Dank u

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Smirnovv

    Smirnovv


  • >100 berichten
  • 133 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 15 november 2006 - 18:51

Dat bewijs is vrij voor de hand liggend hoor.

De teller is gelijk aan de overmaat zuurstof, want de zuurstof die in de rookgassen overblijft is die hoeveelheid die niet gereageerd heeft en dus in overmaat aanwezig was.
0.266 N2 is niets anders dan het aantal equivalenten lucht die je in het begin van je reactie toevoegt (want N2 zal niet reageren).
De noemer is dus niets anders dan de totale hoeveelheid lucht (dus met overmaat) - de overmaat = stochiometrische hoeveelheid lucht

Teller delen door je noemer is dan inderdaad de gezochte uitdrukking.


Wat het tweede gedeelte betreft, vergeet je nog dat n(tot) niet enkel bestaat uit n(CO2) en n(N2), maar ook uit de overmaat zuurstof die niet reageert.
Je krijgt dan volgende gegevens :
begin van reactie : 55.3 mol N2
14.7 mol O2
1 mol octaan
einde van reactie : 2.2 mol O2
8 mol CO2
55.3 mol N2

Volgens je formule krijg je dan
Ax = 2.2 / (0.266*55.3 - 2.2) = 0.176

En uit je reatievergelijking volgde dat je voor 1 mol octaan 12.5 mol O2 nodig hebt (dit is de stochiometrische hoeveelheid), maar je gebruikt 14.7 mol (dat is dus een overmaat van 2.2) en ter controle zie je dat :
2.2 / 12.5 = 0.176

Dus je formule klopt idd

(merk op dat ik hier nu met molen gewerkt heb en in je formule staat het in volumepercentages. Via de ideale gaswet pv = nRT, volgt dat het aantal molen bij constante temperatuur en druk natuurlijk recht evenredig is met het volume)

#3

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 15 november 2006 - 19:40

Smirnovv heeft het al mooi uitgelegd maar helaas een typefout gemaakt, de zin: 0,266 is ......... equivalenten lucht moet natuurlijk zijn ..... equivalenten zuurstof.

Het beste in dit soort vraagstukken is om de hele reactievergelijking uit te schrijven inclusief stikstof en luchtovermaat (ik gebruik voor de duidelijkheid hier A in plaats van Ax). Je krijgt dan:

CxHy + (1+A){(x+y/4) O2 + (79/21)(x+y/4) N2} ==> x CO2 + y/2 H2O + (1+A)(79/21)(x+y/4) N2 + A(x+y/4) O2

Relatieve luchtovermaat = relatieve zuurstofovermaat
= molen zuurstof in rookgas / molen stoechiometrische zuurstof
= zuurstof in verbrandingsgas / (toegevoegde zuurstof - zuurstof in verbrandingsgas)
= zuurstof in verbrandingsgas / (21/79*toegevoegde stikstof - zuurstof in verbrandingsgas)
= zuurstof in verbrandingsgas / (0,266*stikstof in verbrandingsgas - zuurstof in verbrandingsgas)

Want toegevoegde 21/79 = 0,266 en de toegevoegde hoeveelheid stikstof in de lucht is gelijk aan de hoeveelheid stikstof in verbrandingsgas.

Nu kunnen we alle termen in teller en noemer delen door de totale hoeveelheid droge verbrandingsgassen en vermenigvuldigen met 100 zodat hoeveelheid molen veranderen in mol%, wat voor gassen hetzelfde is als volume%:

Relatieve luchtovermaat A = O2vol% in verbrandingsgas / (0,266*N2vol% in verbrandingsgas - O2vol% in verbrandingsgas)

Zie dat de totale hoeveelheid (droog) verbrandingsgas voor deze afleiding van A niet ter zake doet, net zo min of het gas droog is of niet, of hoeveel CO2 het bevat.

De totale hoeveelheid molen droog verbrandingsgas (CO2+O2+N2) is: v = x + (1+A)(79/21)(x+y/4) + A(x+y/4)

De totale hoeveelheid molen verbrandingslucht (O2+N2) is: n = (1+A)(1 + 79/21)(x+y/4)
Voor octaan is x=8 en y=16, bovendien is gegeven dat n=70
Je kunt hieruit nu zelf eenvoudig berekenen wat in dit geval A is.
Ook kun je uit de volledige reaktievergelijking de hoeveelheden en dus volume percentages bepalen van N2 en O2 en dus nogmaals A berekenen en zien dat beide waarden van A gelijk zijn.
Hydrogen economy is a Hype.

#4

mathieu_vd

    mathieu_vd


  • >25 berichten
  • 76 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 15 november 2006 - 23:05

Ok, ik heb dus even jullie beide antwoorden bestudeerd, maar jullie zeggen blijkbaar wel niet hetzelfde ....

Bij smirnovv kom je dus voor Ax bij de oefening 0,176 uit en bij Fred F. kom je voor Ax 0,225 uit als ik de waarden invul in die formule die hij heeft opgesteld...

Ik geraak er spijtig genoeg nog geen wijs uit, maar toch alvast bedankt voor de antwoorden.

#5

Smirnovv

    Smirnovv


  • >100 berichten
  • 133 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 16 november 2006 - 00:05

De reden dat we een verschillend resultaat uitkomen is omdat Fred op het laatste een klein foutje gemaakt heeft. De formule voor octaan is natuurlijk C8H18 en niet C8H16, zodat je in zijn formule de waarden x = 8 en y = 18 moet invullen ipv x=8 en y=16.
Als je dat doet kom je juist hetzelfde resultaat uit. Verder is de uitleg van Fred volledig juist en zeer helder.

Wat snap je nog niet volledig aan deze oefening?

#6

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 16 november 2006 - 11:34

Inderdaad, Smirnovv heeft gelijk, ook ik heb een typefout gemaakt.
Voor octaan geldt natuurlijk dat y=18 in plaats van 16.
Hydrogen economy is a Hype.

#7

mathieu_vd

    mathieu_vd


  • >25 berichten
  • 76 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 17 november 2006 - 10:00

Nouja ik vold die van Fred niet volledig, bij dat bewijsje, dat hij daar zo 1+A maakt enzo, ik snap niet waarom, en ik zou er zelf nooit opkomen denk ik (ben ik zeker van)


oeps, ik had er zelf ook overgekeken bij die fout van Fred.

Maar toch in ieder geval bedankt voor de hulp



*sorry voor het laat antwoorden internet werkte gisteren niet*

#8

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 17 november 2006 - 13:04

A is het relatieve (=fractionele) luchtoverschot zoals gedefinieerd in het oorspronkelijke vraagstuk. Daar stond:
"Het luchtoverschot Ax wordt gedefinieerd als de relatieve overmaal aan lucht, gelijk aan deze extra hoeveelheid lucht gedeeld door de exacte stoechiometrische hoeveelheid".

De hoeveelheid luchtoverschot is dus A maal de stoechiometrisch benodigde luchthoeveelheid.
De totale verbrandingslucht is gelijk aan de stoechiometrisch benodigde luchthoeveelheid plus het luchtoverschot, oftewel (1+A) maal de stoechiometrisch benodigde luchthoeveelheid.
In de formule is de stoechiometrisch benodigde luchthoeveelheid de volledige term tussen de accolades { }.

Afleiding:

Eerst de stoechiometrische hoeveelheid zuurstof bepalen:

CxHy + (x+y/4) O2 ==> x CO2 + y/2 H2O

Voeg daarna aan beide zijden van de vergelijking de hoeveelheid stikstof toe die nu eenmaal onvermijdelijk met de zuurstof meekomt in de lucht (is immers 79% stikstof+21% zuurstof):

CxHy + (x+y/4) O2 + (79/21)(x+y/4) N2 ==> x CO2 + y/2 H2O + (79/21)(x+y/4) N2

In de praktijk moet altijd een luchtoverschot toegevoegd worden om daadwerkelijk volledige verbranding te krijgen. Vandaar dat de vermenigvuldigingsterm (1+A) links toegevoegd wordt aan de luchthoeveelheid tussen de { }. Alle stikstof komt rechts te staan, want reageert niet, en daar staat ook het zuurstofoverschot dat immers ook niet reageert:

CxHy + (1+A){(x+y/4) O2 + (79/21)(x+y/4) N2} ==> x CO2 + y/2 H2O + (1+A)(79/21)(x+y/4) N2 + A(x+y/4) O2
Hydrogen economy is a Hype.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures