Haba pembakaran ditentukan oleh komposisi kimia bahan mudah terbakar. Unsur kimia yang terkandung dalam bahan mudah terbakar ditunjukkan oleh simbol yang diterima DENGAN , N , TENTANG , N , S, dan abu dan air adalah simbol A Dan W masing-masing.
YouTube ensiklopedia
-
1 / 5
Haba pembakaran boleh dikaitkan dengan jisim kerja bahan mudah terbakar Q P (\displaystyle Q^(P)), iaitu, kepada bahan mudah terbakar dalam bentuk yang sampai kepada pengguna; kepada berat kering bahan Q C (\displaystyle Q^(C)); kepada jisim bahan yang mudah terbakar Q Γ (\displaystyle Q^(\Gamma )), iaitu, kepada bahan mudah terbakar yang tidak mengandungi kelembapan dan abu.
Terdapat lebih tinggi ( Q B (\displaystyle Q_(B))) dan lebih rendah ( Q H (\displaystyle Q_(H))) haba pembakaran.
Di bawah nilai kalori yang lebih tinggi memahami jumlah haba yang dibebaskan semasa pembakaran lengkap bahan, termasuk haba pemeluwapan wap air apabila menyejukkan produk pembakaran.
Nilai pemanasan yang lebih rendah sepadan dengan jumlah haba yang dibebaskan semasa pembakaran lengkap, tanpa mengambil kira haba pemeluwapan wap air. Haba pemeluwapan wap air juga dipanggil haba pendam pengewapan (kondensasi).
Nilai kalori yang lebih rendah dan lebih tinggi dikaitkan dengan hubungan: Q B = Q H + k (W + 9 H) (\gaya paparan Q_(B)=Q_(H)+k(W+9H)),
di mana k ialah pekali bersamaan dengan 25 kJ/kg (6 kcal/kg); W ialah jumlah air dalam bahan mudah terbakar, % (mengikut jisim); H ialah jumlah hidrogen dalam bahan mudah terbakar, % (mengikut jisim).
Pengiraan nilai kalori
Oleh itu, nilai kalori yang lebih tinggi ialah jumlah haba yang dibebaskan semasa pembakaran lengkap jisim atau isipadu unit (untuk gas) bahan mudah terbakar dan penyejukan produk pembakaran kepada suhu takat embun. Dalam pengiraan kejuruteraan haba, nilai kalori yang lebih tinggi diambil sebagai 100%. Haba pendam pembakaran gas ialah haba yang dibebaskan semasa pemeluwapan wap air yang terkandung dalam hasil pembakaran. Secara teorinya, ia boleh mencapai 11%.
Dalam amalan, tidak mungkin untuk menyejukkan produk pembakaran sehingga pemeluwapan lengkap, dan oleh itu konsep nilai kalori yang lebih rendah (QHp) telah diperkenalkan, yang diperoleh dengan menolak daripada nilai kalori yang lebih tinggi haba pengewapan wap air yang kedua-duanya terkandung dalam bahan dan yang terbentuk semasa pembakarannya. Pengewapan 1 kg wap air memerlukan 2514 kJ/kg (600 kcal/kg). Nilai kalori yang lebih rendah ditentukan oleh formula (kJ/kg atau kcal/kg):
Q H P = Q B P − 2514 ⋅ ((9 H P + W P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-2514\cdot ((9H^(P)+W^ (P))/100))(untuk bahan pepejal)
Q H P = Q B P − 600 ⋅ ((9 H P + W P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-600\cdot ((9H^(P)+W^ (P))/100))(untuk bahan cecair), di mana:
2514 - haba pengewapan pada suhu 0 °C dan tekanan atmosfera, kJ/kg;
H P (\displaystyle H^(P)) Dan W P (\displaystyle W^(P))- kandungan hidrogen dan wap air dalam bahan api yang berfungsi,%;
9 ialah pekali yang menunjukkan bahawa pembakaran 1 kg hidrogen dalam kombinasi dengan oksigen menghasilkan 9 kg air.
Haba pembakaran adalah ciri bahan api yang paling penting, kerana ia menentukan jumlah haba yang diperoleh dengan membakar 1 kg bahan api pepejal atau cecair atau 1 m³ bahan api gas dalam kJ/kg (kcal/kg). 1 kcal = 4.1868 atau 4.19 kJ.
Nilai kalori yang lebih rendah ditentukan secara eksperimen untuk setiap bahan dan merupakan nilai rujukan. Ia juga boleh ditentukan untuk bahan pepejal dan cecair, dengan komposisi unsur yang diketahui, dengan pengiraan mengikut formula D.I Mendeleev, kJ/kg atau kcal/kg:
Q H P = 339 ⋅ C P + 1256 ⋅ H P − 109 ⋅ (O P − S L P) − 25.14 ⋅ (9 ⋅ H P + W P) (\displaystyle Q_(H)^(P)=359\cdot C^2(P\cdot C^2) cdot H^(P)-109\cdot (O^(P)-S_(L)^(P))-25.14\cdot (9\cdot H^(P)+W^(P)))
Q H P = 81 ⋅ C P + 246 ⋅ H P − 26 ⋅ (O P + S L P) − 6 ⋅ W P (\displaystyle Q_(H)^(P)=81\cdot C^(P)+246\cdot H^(P) -26\cdot (O^(P)+S_(L)^(P))-6\cdot W^(P)), Di mana:
C P (\displaystyle C_(P)), H P (\displaystyle H_(P)), O P (\displaystyle O_(P)), S L P (\displaystyle S_(L)^(P)), W P (\displaystyle W_(P))- kandungan karbon, hidrogen, oksigen, sulfur meruap dan lembapan dalam jisim kerja bahan api dalam% (mengikut berat).
Untuk pengiraan perbandingan, bahan api yang dipanggil konvensional digunakan, yang mempunyai haba pembakaran tertentu bersamaan dengan 29308 kJ/kg (7000 kcal/kg).
Di Rusia, pengiraan haba (contohnya, mengira beban haba untuk menentukan kategori bilik dari segi letupan dan bahaya kebakaran) biasanya dilakukan menggunakan nilai kalori terendah, di Amerika Syarikat, Great Britain, dan Perancis - mengikut paling tinggi. Di UK dan AS, sebelum pengenalan sistem metrik, haba tentu pembakaran diukur dalam unit terma British (BTU) per paun (lb) (1Btu/lb = 2.326 kJ/kg).
Bahan dan bahan Nilai pemanasan yang lebih rendah Q H P (\gaya paparan Q_(H)^(P)), MJ/kg Petrol 41,87 Minyak tanah 43,54 Kertas: buku, majalah 13,4 Kayu (bongkah W = 14%) 13,8 Getah asli 44,73 Linoleum polivinil klorida 14,31 Getah 33,52 Serat ruji 13,8 Polietilena 47,14 Polistirena yang dikembangkan 41,6 Kapas dilonggarkan 15,7 plastik 41,87 Bahan asal organik termasuk bahan api yang, apabila dibakar, membebaskan sejumlah tenaga haba. Pengeluaran haba mesti dicirikan oleh kecekapan tinggi dan ketiadaan kesan sampingan, khususnya, bahan berbahaya kepada kesihatan manusia dan alam sekitar.
Untuk memudahkan pemuatan ke dalam kotak api, bahan kayu dipotong menjadi elemen individu sehingga 30 cm panjang Untuk meningkatkan kecekapan penggunaannya, kayu api mestilah kering yang mungkin dan proses pembakaran mestilah agak perlahan. Dalam banyak aspek, kayu daripada kayu keras seperti oak dan birch, hazel dan abu, dan hawthorn sesuai untuk pemanasan premis. Oleh kerana kandungan resin yang tinggi, kadar pembakaran yang meningkat dan nilai kalori yang rendah, pokok konifer adalah jauh lebih rendah dalam hal ini.
Perlu difahami bahawa nilai nilai kalori dipengaruhi oleh ketumpatan kayu.
Ia adalah bahan semula jadi asal tumbuhan, diekstrak daripada batu enapan.
Bahan api pepejal jenis ini mengandungi karbon dan unsur kimia lain. Terdapat pembahagian bahan kepada jenis bergantung pada umurnya. Arang batu perang dianggap paling muda, diikuti oleh arang batu keras, dan antrasit lebih tua daripada semua jenis lain. Umur bahan mudah terbakar juga menentukan kandungan lembapannya, yang lebih banyak terdapat dalam bahan muda.
Semasa pembakaran arang batu, pencemaran alam sekitar berlaku, dan sanga terbentuk pada grates dandang, yang pada tahap tertentu mewujudkan halangan kepada pembakaran biasa. Kehadiran sulfur dalam bahan juga merupakan faktor yang tidak menguntungkan untuk atmosfera, kerana di ruang udara unsur ini ditukar menjadi asid sulfurik.
Walau bagaimanapun, pengguna tidak perlu takut untuk kesihatan mereka. Pengilang bahan ini, menjaga pelanggan persendirian, berusaha untuk mengurangkan kandungan sulfur di dalamnya. Nilai pemanasan arang batu boleh berbeza-beza walaupun dalam jenis yang sama. Perbezaannya bergantung pada ciri-ciri subspesies dan kandungan mineralnya, serta geografi pengeluaran. Sebagai bahan api pepejal, bukan sahaja arang batu tulen ditemui, tetapi juga sanga arang batu yang diperkaya rendah, ditekan menjadi briket.
Pelet (butiran bahan api) ialah bahan api pepejal yang dicipta secara industri daripada sisa kayu dan tumbuhan: serut, kulit kayu, kadbod, jerami.
Bahan mentah, dihancurkan menjadi habuk, dikeringkan dan dituangkan ke dalam granulator, dari mana ia keluar dalam bentuk butiran bentuk tertentu. Untuk menambah kelikatan kepada jisim, polimer tumbuhan, lignin, digunakan. Kerumitan proses pengeluaran dan permintaan yang tinggi menentukan kos pelet. Bahan ini digunakan dalam dandang yang dilengkapi khas.
Jenis bahan api ditentukan bergantung pada bahan dari mana ia diproses:
- kayu bulat dari mana-mana spesies;
- jerami;
- gambut;
- sekam bunga matahari.
Di antara kelebihan pelet bahan api, perlu diperhatikan kualiti berikut:
- keramahan alam sekitar;
- ketidakupayaan untuk berubah bentuk dan ketahanan terhadap kulat;
- penyimpanan mudah walaupun di luar rumah;
- keseragaman dan tempoh pembakaran;
- kos yang agak rendah;
- Kemungkinan penggunaan untuk pelbagai peranti pemanasan;
- saiz butiran yang sesuai untuk memuatkan automatik ke dalam dandang yang dilengkapi khas.
Briket
Briket adalah bahan api pepejal yang dalam banyak cara serupa dengan pelet. Untuk pembuatannya, bahan yang sama digunakan: serpihan kayu, pencukur, gambut, sekam dan jerami. Semasa proses pengeluaran, bahan mentah dihancurkan dan dibentuk menjadi briket melalui pemampatan. Bahan ini juga merupakan bahan api yang mesra alam. Ia mudah untuk disimpan walaupun di luar rumah. Pembakaran licin, seragam dan perlahan bahan api ini boleh diperhatikan dalam kedua-dua pendiangan dan dapur, dan dalam dandang pemanasan.
Jenis bahan api pepejal mesra alam yang dibincangkan di atas adalah alternatif yang baik untuk menghasilkan haba. Berbanding dengan sumber fosil tenaga haba, yang mempunyai kesan yang tidak baik terhadap alam sekitar apabila dibakar dan, lebih-lebih lagi, bahan api alternatif yang tidak boleh diperbaharui mempunyai kelebihan yang jelas dan kos yang agak rendah, yang penting untuk kategori pengguna tertentu.
Pada masa yang sama, bahaya kebakaran bahan api tersebut jauh lebih tinggi. Oleh itu, adalah perlu untuk mengambil beberapa langkah keselamatan mengenai penyimpanannya dan penggunaan bahan tahan api untuk dinding.
Bahan api cecair dan gas
Bagi bahan mudah terbakar cecair dan gas, keadaan di sini adalah seperti berikut.
Setiap hari, menghidupkan penunu di dapur dapur, sedikit orang berfikir tentang berapa lama pengeluaran gas bermula. Di negara kita, perkembangannya bermula pada abad kedua puluh. Sebelum ini, ia hanya ditemui semasa perahan produk petroleum. Nilai kalori gas asli sangat tinggi sehingga hari ini bahan mentah ini tidak dapat digantikan, dan analognya yang berkualiti tinggi belum lagi dibangunkan.
Jadual nilai kalori akan membantu anda memilih bahan api untuk memanaskan rumah anda
Ciri-ciri bahan api fosil
Gas asli ialah bahan api fosil penting yang menduduki kedudukan utama dalam keseimbangan bahan api dan tenaga di banyak negara. Untuk membekalkan bahan api ke bandar dan pelbagai perusahaan teknikal, mereka menggunakan pelbagai gas mudah terbakar, kerana gas asli dianggap berbahaya.
Pencinta alam sekitar percaya bahawa gas adalah bahan api yang paling bersih apabila dibakar, ia membebaskan bahan toksik yang lebih sedikit daripada kayu api, arang batu dan minyak. Bahan api ini digunakan setiap hari oleh orang dan mengandungi bahan tambahan seperti bau yang ditambah dalam pemasangan yang dilengkapi dalam nisbah 16 miligram setiap 1 ribu meter padu gas.
Komponen penting bahan ialah metana (kira-kira 88-96%), selebihnya adalah bahan kimia lain:
- butana;
- hidrogen sulfida;
- propana;
- nitrogen;
- oksigen.
Dalam video ini kita akan melihat peranan arang batu:
Jumlah metana dalam bahan api semulajadi secara langsung bergantung kepada depositnya.
Jenis bahan api yang diterangkan terdiri daripada komponen hidrokarbon dan bukan hidrokarbon. Bahan api fosil semulajadi adalah terutamanya metana, yang termasuk butana dan propana. Selain daripada komponen hidrokarbon, bahan api fosil yang diterangkan mengandungi nitrogen, sulfur, helium dan argon. Wap cecair juga ditemui, tetapi hanya dalam medan gas dan minyak.
Jenis-jenis deposit
Terdapat beberapa jenis deposit gas. Mereka dibahagikan kepada jenis berikut:
- gas;
- minyak.
Ciri membezakannya ialah kandungan hidrokarbonnya. Deposit gas mengandungi kira-kira 85-90% daripada bahan sekarang, medan minyak mengandungi tidak lebih daripada 50%. Peratusan selebihnya diduduki oleh bahan seperti butana, propana dan minyak.
Kelemahan besar pengeluaran minyak ialah pembilasan pelbagai aditif. Sulfur digunakan sebagai kekotoran dalam perusahaan teknikal.
Penggunaan gas asli
Butana digunakan sebagai bahan api di stesen minyak kereta, dan bahan organik yang dipanggil propana digunakan untuk mengisi semula pemetik api. Asetilena adalah bahan yang sangat mudah terbakar dan digunakan dalam kimpalan dan pemotongan logam.
Bahan api fosil digunakan dalam kehidupan seharian:
- lajur;
- dapur gas;
Bahan api jenis ini dianggap paling murah dan tidak berbahaya; satu-satunya kelemahan ialah pembebasan karbon dioksida ke atmosfera apabila dibakar. Para saintis di seluruh planet sedang mencari pengganti tenaga haba.
Nilai kalori
Nilai kalori gas asli ialah jumlah haba yang dihasilkan apabila satu unit bahan api dibakar dengan secukupnya. Jumlah haba yang dibebaskan semasa pembakaran dirujuk kepada satu meter padu yang diambil dalam keadaan semula jadi.
Kapasiti terma gas asli diukur dalam penunjuk berikut:
- kcal/nm 3 ;
- kcal/m3.
Terdapat nilai kalori tinggi dan rendah:
- tinggi. Pertimbangkan haba wap air yang dihasilkan semasa pembakaran bahan api.
- rendah. Ia tidak mengambil kira haba yang terkandung dalam wap air, kerana wap tersebut tidak boleh dipeluwap, tetapi biarkan dengan produk pembakaran. Oleh kerana pengumpulan wap air, ia membentuk jumlah haba bersamaan dengan 540 kcal/kg. Di samping itu, apabila kondensat menyejuk, haba keluar dari 80 hingga seratus kcal/kg. Secara umum, disebabkan oleh pengumpulan wap air, lebih daripada 600 kcal/kg terbentuk, ini adalah ciri membezakan antara keluaran haba tinggi dan rendah.
Bagi sebahagian besar gas yang digunakan dalam sistem pengedaran bahan api bandar, perbezaannya adalah bersamaan dengan 10%. Untuk menyediakan bandar dengan gas, nilai kalorinya mestilah lebih daripada 3500 kcal/nm 3 . Ini dijelaskan oleh fakta bahawa bekalan dijalankan melalui saluran paip pada jarak yang jauh. Jika nilai kalori rendah, maka bekalannya meningkat.
Jika nilai kalori gas asli kurang daripada 3500 kcal/nm 3, ia lebih kerap digunakan dalam industri. Ia tidak perlu diangkut dalam jarak yang jauh, dan pembakaran menjadi lebih mudah. Perubahan serius dalam nilai kalori gas memerlukan pelarasan yang kerap dan kadangkala penggantian sejumlah besar pembakar piawai penderia isi rumah, yang membawa kepada kesukaran.
Keadaan ini membawa kepada peningkatan dalam diameter saluran paip gas, serta peningkatan kos untuk logam, pemasangan rangkaian dan operasi. Kelemahan besar bahan api fosil rendah kalori ialah kandungan karbon monoksida yang besar, yang meningkatkan tahap ancaman semasa operasi bahan api dan penyelenggaraan saluran paip, seterusnya, serta peralatan.
Haba yang dibebaskan semasa pembakaran, yang tidak melebihi 3500 kcal/nm 3, paling kerap digunakan dalam pengeluaran perindustrian, di mana ia tidak perlu untuk memindahkannya pada jarak yang jauh dan mudah membentuk pembakaran.
5. IMBANGAN TERMA PEMBAKARAN
Mari kita pertimbangkan kaedah untuk mengira keseimbangan haba proses pembakaran bahan api gas, cecair dan pepejal. Pengiraan datang untuk menyelesaikan masalah berikut.
· Penentuan haba pembakaran (nilai kalori) bahan api.
· Penentuan suhu pembakaran teori.
5.1. PANAS PEMBAKARAN
Tindak balas kimia disertai dengan pembebasan atau penyerapan haba. Apabila haba dibebaskan, tindak balas dipanggil eksotermik, dan apabila haba diserap, ia dipanggil endotermik. Semua tindak balas pembakaran adalah eksotermik, dan hasil pembakaran adalah sebatian eksotermik.
Haba yang dibebaskan (atau diserap) semasa tindak balas kimia dipanggil haba tindak balas. Dalam tindak balas eksotermik ia adalah positif, dalam tindak balas endotermik ia adalah negatif. Tindak balas pembakaran sentiasa disertai dengan pembebasan haba. Haba pembakaran Q g(J/mol) ialah jumlah haba yang dibebaskan semasa pembakaran lengkap satu mol bahan dan perubahan bahan mudah terbakar kepada hasil pembakaran lengkap. Mol ialah unit SI asas kuantiti sesuatu bahan. Satu mol ialah jumlah bahan yang mengandungi bilangan zarah yang sama (atom, molekul, dll.) kerana terdapat atom dalam 12 g isotop karbon-12. Jisim amaun bahan yang sama dengan 1 mol (jisim molekul atau molar) secara berangka bertepatan dengan jisim molekul relatif bahan ini.
Sebagai contoh, berat molekul relatif oksigen (O 2) ialah 32, karbon dioksida (CO 2) ialah 44, dan berat molekul yang sepadan ialah M = 32 g/mol dan M = 44 g/mol. Oleh itu, satu mol oksigen mengandungi 32 gram bahan ini, dan satu mol CO 2 mengandungi 44 gram karbon dioksida.
Dalam pengiraan teknikal, bukan haba pembakaran yang paling kerap digunakan. Q g, dan nilai kalori bahan api Q(J/kg atau J/m 3). Nilai kalori bahan ialah jumlah haba yang dibebaskan semasa pembakaran lengkap 1 kg atau 1 m 3 bahan. Untuk bahan cecair dan pepejal, pengiraan dilakukan setiap 1 kg, dan untuk bahan gas - setiap 1 m 3.
Pengetahuan tentang haba pembakaran dan nilai kalori bahan api adalah perlu untuk mengira pembakaran atau suhu letupan, tekanan letupan, kelajuan perambatan nyalaan dan ciri-ciri lain. Q Nilai kalori bahan api ditentukan sama ada secara eksperimen atau pengiraan. Apabila secara eksperimen menentukan nilai kalori, jisim bahan api pepejal atau cecair tertentu dibakar dalam bom kalorimetrik, dan dalam kes bahan api gas, dalam kalorimeter gas. Alat ini mengukur jumlah haba 0 yang dikeluarkan semasa pembakaran sampel penimbang bahan api m . Nilai kalori Q g
didapati oleh formula
Hubungan antara haba pembakaran dannilai kalori bahan api
Untuk mewujudkan hubungan antara haba pembakaran dan nilai kalori bahan, adalah perlu untuk menulis persamaan untuk tindak balas kimia pembakaran.
Hasil pembakaran karbon sepenuhnya ialah karbon dioksida:
C+O2 →CO2.
Hasil pembakaran lengkap hidrogen ialah air:
2H 2 +O 2 →2H 2 O.
Hasil pembakaran lengkap sulfur ialah sulfur dioksida:
S +O 2 →SO 2.
Dalam kes ini, nitrogen, halogen dan unsur tidak mudah terbakar lain dikeluarkan dalam bentuk bebas.
Bahan mudah terbakar - gas . Nilai kalori=882.6 .
Sebagai contoh, mari kita hitung nilai kalori metana CH 4, yang mana haba pembakaran adalah sama dengan
· Mari tentukan berat molekul metana mengikut formula kimianya (CH 4):
M=1∙12+4∙1=16 g/mol.
· Mari tentukan nilai kalori 1 kg metana:
.· Mari cari isipadu 1 kg metana, mengetahui ketumpatannya ρ=0.717 kg/m3 dalam keadaan normal:
· Mari tentukan nilai kalori 1 m 3 metana: Q Nilai kalori mana-mana gas mudah terbakar ditentukan dengan cara yang sama. Bagi kebanyakan bahan biasa, haba pembakaran dan nilai kalori telah diukur dengan ketepatan yang tinggi dan diberikan dalam literatur rujukan yang berkaitan. Berikut ialah jadual nilai kalori beberapa bahan gas (Jadual 5.1). Magnitud
dalam jadual ini diberikan dalam MJ/m 3 dan dalam kcal/m 3, kerana 1 kcal = 4.1868 kJ sering digunakan sebagai unit haba.
Jadual 5.1
Nilai kalori bahan api gas
Bahan
Q
asetilena
Sebagai contoh, mari kita hitung nilai kalori etil alkohol C 2 H 5 OH, yang mana haba pembakaran adalah . Nilai kalori= 1373.3 kJ/mol.
· Mari tentukan berat molekul etil alkohol mengikut formula kimianya (C 2 H 5 OH):
M = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1∙1 = 46 g/mol.
Mari kita tentukan nilai kalori 1 kg etil alkohol:
Nilai kalori mana-mana bahan mudah terbakar cecair dan pepejal ditentukan dengan cara yang sama. Dalam jadual 5.2 dan 5.3 menunjukkan nilai kalori Q(MJ/kg dan kcal/kg) untuk beberapa cecair dan pepejal.
Jadual 5.2
Nilai kalori bahan api cecair
Nilai kalori bahan api gas
Metil alkohol
Etanol
Minyak bahan api, minyak
Q
Jadual 5.3
Nilai kalori bahan api pepejal
Nilai kalori bahan api gas
Pokoknya segar
kayu kering
Arang batu perang
Gambut kering
Antrasit, kok
Q
Formula Mendeleev
Sekiranya nilai kalori bahan api tidak diketahui, maka ia boleh dikira menggunakan formula empirikal yang dicadangkan oleh D.I.
Mendeleev. Untuk melakukan ini, anda perlu mengetahui komposisi unsur bahan api (formula bahan api setara), iaitu peratusan kandungan unsur berikut di dalamnya:
Oksigen (O);
Hidrogen (H);
Karbon (C);
Sulfur (S);
Abu (A);
Air (W).
Produk pembakaran bahan api sentiasa mengandungi wap air, yang terbentuk kerana kehadiran kelembapan dalam bahan api dan semasa pembakaran hidrogen. Hasil pembakaran sisa meninggalkan kilang perindustrian pada suhu melebihi takat embun. Oleh itu, haba yang dibebaskan semasa pemeluwapan wap air tidak boleh digunakan secara berguna dan tidak boleh diambil kira dalam pengiraan haba. Nilai kalori bersih biasanya digunakan untuk pengiraan Q n bahan api, yang mengambil kira kehilangan haba dengan wap air. Untuk bahan api pepejal dan cecair nilainya Q n
bahan api, yang mengambil kira kehilangan haba dengan wap air. Untuk bahan api pepejal dan cecair nilainya=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)
(MJ/kg) lebih kurang ditentukan oleh formula Mendeleev:
di mana peratusan (berat%) kandungan unsur yang sepadan dalam komposisi bahan api ditunjukkan dalam kurungan.
Formula ini mengambil kira haba tindak balas pembakaran eksotermik karbon, hidrogen dan sulfur (dengan tanda tambah). Oksigen yang termasuk dalam bahan api menggantikan sebahagiannya oksigen di udara, jadi istilah yang sepadan dalam formula (5.1) diambil dengan tanda tolak. Apabila lembapan menyejat, haba digunakan, jadi istilah sepadan yang mengandungi W juga diambil dengan tanda tolak.
Perbandingan data yang dikira dan eksperimen tentang nilai kalori bahan api yang berbeza (kayu, gambut, arang batu, minyak) menunjukkan bahawa pengiraan menggunakan formula Mendeleev (5.1) memberikan ralat tidak melebihi 10%. bahan api, yang mengambil kira kehilangan haba dengan wap air. Untuk bahan api pepejal dan cecair nilainya(MJ/m3) gas mudah terbakar kering boleh dikira dengan ketepatan yang mencukupi sebagai jumlah produk nilai kalori komponen individu dan kandungan peratusannya dalam 1 m3 bahan api gas.
bahan api, yang mengambil kira kehilangan haba dengan wap air. Untuk bahan api pepejal dan cecair nilainya= 0.108[Н 2 ] + 0.126[СО] + 0.358[СН 4 ] + 0.5[С 2 Н 2 ] + 0.234[Н 2 S ]…, (5.2)
di mana peratusan (isipadu %) kandungan gas yang sepadan dalam campuran ditunjukkan dalam kurungan.
Secara purata, nilai kalori gas asli adalah lebih kurang 53.6 MJ/m 3 . Dalam gas mudah terbakar yang dihasilkan secara buatan, kandungan metana CH4 adalah tidak penting. Komponen mudah terbakar utama ialah hidrogen H2 dan karbon monoksida CO. Dalam gas ketuhar kok, sebagai contoh, kandungan H2 mencapai (55 ÷ 60)%, dan nilai kalori yang lebih rendah bagi gas tersebut mencapai 17.6 MJ/m3. Gas penjana mengandungi CO ~ 30% dan H 2 ~ 15%, manakala nilai kalori yang lebih rendah bagi gas penjana ialah bahan api, yang mengambil kira kehilangan haba dengan wap air. Untuk bahan api pepejal dan cecair nilainya= (5.2÷6.5) MJ/m3. Kandungan CO dan H 2 dalam gas relau letupan adalah lebih rendah; magnitud bahan api, yang mengambil kira kehilangan haba dengan wap air. Untuk bahan api pepejal dan cecair nilainya= (4.0÷4.2) MJ/m 3.
Mari kita lihat contoh pengiraan nilai kalori bahan menggunakan formula Mendeleev.
Mari kita tentukan nilai kalori arang batu, komposisi unsur yang diberikan dalam jadual. 5.4.
Jadual 5.4
Komposisi unsur arang batu
· Mari kita gantikan yang diberikan dalam jadual. 5.4 data dalam formula Mendeleev (5.1) (nitrogen N dan abu A tidak termasuk dalam formula ini, kerana ia adalah bahan lengai dan tidak mengambil bahagian dalam tindak balas pembakaran):
bahan api, yang mengambil kira kehilangan haba dengan wap air. Untuk bahan api pepejal dan cecair nilainya=0.339∙37.2+1.025∙2.6+0.1085∙0.6–0.1085∙12–0.025∙40=13.04 MJ/kg.
Mari kita tentukan jumlah kayu api yang diperlukan untuk memanaskan 50 liter air dari 10° C hingga 100° C, jika 5% daripada haba yang dibebaskan semasa pembakaran digunakan untuk pemanasan, dan kapasiti haba air Dengan=1 kcal/(kg∙deg) atau 4.1868 kJ/(kg∙deg). Komposisi unsur kayu api diberikan dalam jadual. 5.5:
Jadual 5.5
Komposisi unsur kayu api
· Mari cari nilai kalori kayu api menggunakan formula Mendeleev (5.1):
bahan api, yang mengambil kira kehilangan haba dengan wap air. Untuk bahan api pepejal dan cecair nilainya=0.339∙43+1.025∙7–0.1085∙41–0.025∙7= 17.12 MJ/kg.
· Mari tentukan jumlah haba yang dibelanjakan untuk memanaskan air apabila membakar 1 kg kayu api (dengan mengambil kira fakta bahawa 5% daripada haba (a = 0.05) yang dibebaskan semasa pembakaran dibelanjakan untuk memanaskannya):
Q 2 =a bahan api, yang mengambil kira kehilangan haba dengan wap air. Untuk bahan api pepejal dan cecair nilainya=0.05·17.12=0.86 MJ/kg.
· Mari tentukan jumlah kayu api yang diperlukan untuk memanaskan 50 liter air dari 10°C hingga 100°C:
kg.Oleh itu, kira-kira 22 kg kayu api diperlukan untuk memanaskan air.
Bahan api gas dibahagikan kepada semula jadi dan buatan dan merupakan campuran gas mudah terbakar dan tidak mudah terbakar yang mengandungi sejumlah wap air dan kadangkala habuk dan tar. Jumlah bahan api gas dinyatakan dalam meter padu di bawah keadaan biasa (760 mm Hg dan 0 ° C), dan komposisi dinyatakan sebagai peratusan mengikut isipadu. Komposisi bahan api difahami sebagai komposisi bahagian gas keringnya.
Bahan api gas asli
Bahan api gas yang paling biasa ialah gas asli, yang mempunyai nilai kalori yang tinggi. Asas gas asli adalah metana, kandungannya adalah 76.7-98%. Sebatian hidrokarbon gas lain terdiri daripada gas asli daripada 0.1 hingga 4.5%.
Gas cecair ialah produk penapisan petroleum - ia terdiri terutamanya daripada campuran propana dan butana.
Gas asli (CNG, NG): metana CH4 lebih daripada 90%, etana C2 H5 kurang daripada 4%, propana C3 H8 kurang daripada 1%
Gas cecair (LPG): propana C3 H8 lebih daripada 65%, butana C4 H10 kurang daripada 35%
Komposisi gas mudah terbakar termasuk: hidrogen H2, metana CH4, Sebatian hidrokarbon lain CmHn, hidrogen sulfida H2S dan gas tidak mudah terbakar, karbon dioksida CO2, oksigen O2, nitrogen N2 dan sejumlah kecil wap air Indeks H2O m Dan n pada C dan H mencirikan sebatian pelbagai hidrokarbon, contohnya untuk metana CH 4 t = 1 dan n= 4, untuk etana C 2 N b t = 2 Dan n= b, dsb.
Komposisi bahan api gas kering (peratusan mengikut isipadu):
CO + H 2 + 2 C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 = 100%.Bahagian bahan api gas kering yang tidak mudah terbakar - balast - terdiri daripada nitrogen N dan karbon dioksida CO 2.
Komposisi bahan api gas basah dinyatakan seperti berikut:
CO + H 2 + Σ C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O = 100%.
Haba pembakaran, kJ/m (kcal/m3), 1 m3 gas kering tulen dalam keadaan normal ditentukan seperti berikut:
Q n s = 0.01,
di mana Qso, Q n 2, Q c m n n Q n 2 s. - haba pembakaran gas individu termasuk dalam campuran, kJ/m 3 (kcal/m 3); CO, H 2, Cm H n, H 2 S - komponen yang membentuk campuran gas, % mengikut isipadu.
Nilai kalori 1 m3 gas asli kering dalam keadaan normal untuk kebanyakan medan domestik ialah 33.29 - 35.87 MJ/m3 (7946 - 8560 kcal/m3). Ciri-ciri bahan api gas diberikan dalam Jadual 1.
Contoh. Tentukan nilai kalori gas asli yang lebih rendah (dalam keadaan normal) bagi komposisi berikut:
H 2 S = 1%; CH 4 = 76.7%; C 2 H 6 = 4.5%; C 3 H 8 = 1.7%; C 4 H 10 = 0.8%; C 5 H 12 = 0.6%.
Menggantikan ciri-ciri gas daripada Jadual 1 ke dalam formula (26), kita perolehi:
Q ns = 0.01 = 33981 kJ/m 3 atau
Q ns = 0.01 (5585.1 + 8555 76.7 + 15 226 4.5 + 21 795 1.7 + 28 338 0.8 + 34 890 0.6) = 8109 kcal/m3.
Jadual 1. Ciri-ciri bahan api gas
Gas
Jawatan
Haba pembakaran Q n s
KJ/m3
Kcal/m3
Hidrogen N, 10820 2579 Karbon monoksida CO 12640 3018 Hidrogen sulfida H 2 S 23450 5585 Metana CH 4 35850 8555 Ethane C 2 H 6 63 850 15226 propana C 3 H 8 91300 21795 Butana C 4 H 10 118700 22338 Pentane C 5 H 12 146200 34890 Etilena C 2 H 4 59200 14107 Propilena C 3 H 6 85980 20541 Butilena C 4 H 8 113 400 27111 Benzena C 6 H 6 140400 33528 Dandang jenis DE menggunakan dari 71 hingga 75 m3 gas asli untuk menghasilkan satu tan stim. Kos gas di Rusia pada September 2008. ialah 2.44 rubel setiap meter padu. Oleh itu, satu tan stim akan menelan kos 71 × 2.44 = 173 rubel 24 kopecks. Kos sebenar satu tan stim di kilang adalah untuk dandang DE tidak kurang daripada 189 rubel setiap tan stim.
Dandang jenis DKVR menggunakan 103 hingga 118 m3 gas asli untuk menghasilkan satu tan stim. Anggaran kos minimum satu tan stim untuk dandang ini ialah 103 × 2.44 = 251 rubel 32 kopecks. Kos sebenar stim di kilang adalah tidak kurang daripada 290 rubel setiap tan.
Bagaimana untuk mengira penggunaan gas asli maksimum untuk dandang stim DE-25? Ini adalah ciri teknikal dandang. 1840 kiub sejam. Tetapi anda juga boleh mengira. 25 tan (25 ribu kg) mesti didarab dengan perbezaan antara entalpi wap dan air (666.9-105) dan semua ini dibahagikan dengan kecekapan dandang sebanyak 92.8% dan haba pembakaran gas. 8300. dan itu sahaja
Bahan api gas buatan
Gas mudah terbakar buatan adalah bahan api yang mempunyai kepentingan tempatan kerana ia mempunyai nilai kalori yang jauh lebih rendah. Unsur mudah terbakar utamanya ialah karbon monoksida CO dan hidrogen H2. Gas-gas ini digunakan dalam pengeluaran di mana ia diperoleh sebagai bahan api untuk loji teknologi dan janakuasa.
Semua gas mudah terbakar asli dan buatan adalah mudah meletup dan boleh menyala dalam nyalaan terbuka atau percikan api. Terdapat had bawah dan atas letupan gas, i.e. kepekatan peratusan tertinggi dan terendahnya di udara. Had rendah letupan gas asli berkisar antara 3% hingga 6%, dan had atas - dari 12% hingga 16%. Semua gas mudah terbakar boleh menyebabkan keracunan kepada tubuh manusia. Bahan toksik utama gas mudah terbakar ialah: karbon monoksida CO, hidrogen sulfida H2S, ammonia NH3.
Gas mudah terbakar asli dan tiruan tidak berwarna (tidak kelihatan) dan tidak berbau, yang menjadikannya berbahaya jika ia menembusi ke bahagian dalam bilik dandang melalui kebocoran pada kelengkapan saluran paip gas. Untuk mengelakkan keracunan, gas mudah terbakar harus dirawat dengan bau - bahan dengan bau yang tidak menyenangkan.
Pengeluaran karbon monoksida CO dalam industri melalui pengegasan bahan api pepejal
Untuk tujuan perindustrian, karbon monoksida diperoleh dengan pengegasan bahan api pepejal, iaitu, menukarkannya kepada bahan api gas. Dengan cara ini anda boleh mendapatkan karbon monoksida daripada sebarang bahan api pepejal - arang batu fosil, gambut, kayu api, dsb.
Proses pengegasan bahan api pepejal ditunjukkan dalam eksperimen makmal (Rajah 1).
Setelah mengisi tiub refraktori dengan kepingan arang, kami memanaskannya dengan kuat dan membiarkan oksigen melalui gasometer. Mari kita lulus gas yang keluar dari tiub melalui mesin basuh dengan air kapur dan kemudian membakarnya. Air kapur menjadi keruh dan gas terbakar dengan nyalaan kebiruan. Ini menunjukkan kehadiran CO2 dioksida dan karbon monoksida CO dalam produk tindak balas. Pembentukan bahan-bahan ini boleh dijelaskan oleh fakta bahawa apabila oksigen bersentuhan dengan arang panas, yang terakhir ini mula-mula teroksida menjadi karbon dioksida:
C + O 2 = CO 2 Kemudian, melalui arang batu panas, karbon dioksida dikurangkan sebahagiannya kepada karbon monoksida:
CO 2 + C = 2CO
nasi. 1. Penghasilan karbon monoksida (eksperimen makmal).
Dalam keadaan industri, pengegasan bahan api pepejal dijalankan dalam relau yang dipanggil penjana gas.
Campuran gas yang terhasil dipanggil gas penjana. Peranti penjana gas ditunjukkan dalam rajah. Ia adalah silinder keluli dengan ketinggian kira-kira 5 m dan diameter lebih kurang 3.5 m,
dilapisi dalam dengan bata tahan api. Penjana gas dimuatkan dengan bahan api dari atas; Dari bawah, udara atau wap air dibekalkan oleh kipas melalui jeriji.
Oksigen di udara bertindak balas dengan karbon dalam bahan api untuk membentuk karbon dioksida, yang, naik melalui lapisan bahan api panas, dikurangkan oleh karbon kepada karbon monoksida.
Jika hanya udara ditiup ke dalam penjana, hasilnya adalah gas yang mengandungi karbon monoksida dan nitrogen udara (serta sejumlah CO 2 dan kekotoran lain). Gas penjana ini dipanggil gas udara. Jika wap air ditiup ke dalam penjana dengan arang panas, tindak balas menghasilkan pembentukan karbon monoksida dan hidrogen:
Campuran gas ini dipanggil gas air. Gas air mempunyai nilai kalori yang lebih tinggi daripada gas udara, kerana komposisinya, bersama-sama dengan karbon monoksida, juga termasuk gas mudah terbakar kedua - hidrogen.
Gas air (gas sintesis), salah satu produk pengegasan bahan api. Gas air terutamanya terdiri daripada CO (40%) dan H2 (50%).
Gas air ialah bahan api (haba pembakaran 10,500 kJ/m3, atau 2730 kcal/mg) dan pada masa yang sama bahan mentah untuk sintesis metil alkohol. Gas air, bagaimanapun, tidak dapat dihasilkan untuk masa yang lama, kerana tindak balas pembentukannya adalah endotermik (dengan penyerapan haba), dan oleh itu bahan api dalam penjana menjadi sejuk. Untuk memastikan arang batu panas, suntikan wap air ke dalam penjana diselang-seli dengan suntikan udara, oksigen yang diketahui bertindak balas dengan bahan api untuk membebaskan haba.
Baru-baru ini, letupan wap-oksigen telah digunakan secara meluas untuk pengegasan bahan api. Tiupan serentak wap air dan oksigen melalui lapisan bahan api membolehkan proses berjalan secara berterusan, meningkatkan produktiviti penjana dengan ketara dan menghasilkan gas dengan kandungan hidrogen dan karbon monoksida yang tinggi.
Penjana gas moden adalah peranti berkuasa operasi berterusan.
Untuk mengelakkan gas mudah terbakar dan toksik daripada menembusi ke atmosfera apabila bahan api dibekalkan kepada penjana gas, dram pemuatan dibuat dua kali ganda. Semasa bahan api memasuki satu petak dram, bahan api dituangkan ke dalam penjana dari petak lain; apabila dram berputar, proses ini diulang, tetapi penjana kekal terpencil dari atmosfera sepanjang masa. Pengedaran seragam bahan api dalam penjana dijalankan menggunakan kon, yang boleh dipasang pada ketinggian yang berbeza. Apabila ia diturunkan, arang batu jatuh lebih dekat ke pusat penjana; apabila kon dinaikkan, arang batu dibuang lebih dekat ke dinding penjana.
Saintis besar Rusia D.I. Mendeleev (1834-1907) pertama kali menyatakan idea bahawa pengegasan arang batu boleh dilakukan secara langsung di bawah tanah, tanpa mengangkatnya. Kerajaan tsarist tidak menghargai cadangan Mendeleev ini.
Idea pengegasan bawah tanah disokong dengan hangat oleh V.I. Dia menyebutnya "salah satu kejayaan besar teknologi." Pengegasan bawah tanah dilakukan buat kali pertama oleh negara Soviet. Sudah sebelum Perang Patriotik Besar, penjana bawah tanah beroperasi di lembangan arang batu Donetsk dan Wilayah Moscow di Kesatuan Soviet.
Idea tentang salah satu kaedah pengegasan bawah tanah diberikan dalam Rajah 3. Dua telaga diletakkan ke dalam jahitan arang batu, yang disambungkan di bawah oleh saluran. Arang batu dibakar di saluran sedemikian berhampiran salah satu telaga dan letupan dibekalkan di sana. Hasil pembakaran, bergerak di sepanjang saluran, berinteraksi dengan arang panas, mengakibatkan pembentukan gas mudah terbakar seperti dalam penjana konvensional. Gas datang ke permukaan melalui telaga kedua.
Gas pengeluar digunakan secara meluas untuk memanaskan relau industri - metalurgi, ketuhar kok dan sebagai bahan api dalam kereta (Rajah 4).
nasi. 3. Skim pengegasan bawah tanah arang batu.
Sebilangan produk organik, seperti bahan api cecair, disintesis daripada hidrogen dan karbon monoksida dalam gas air. Bahan api cecair sintetik ialah bahan api (terutamanya petrol) yang diperoleh melalui sintesis daripada karbon monoksida dan hidrogen pada 150-170 darjah Celsius dan tekanan 0.7 - 20 MN/m2 (200 kgf/cm2), dengan kehadiran pemangkin (nikel, besi, kobalt). Pengeluaran pertama bahan api cecair sintetik telah dianjurkan di Jerman semasa Perang Dunia Kedua kerana kekurangan minyak. Bahan api cecair sintetik tidak digunakan secara meluas kerana kosnya yang tinggi. Gas air digunakan untuk menghasilkan hidrogen. Untuk melakukan ini, gas air bercampur dengan wap air dipanaskan dengan kehadiran pemangkin dan sebagai hasilnya, hidrogen diperoleh sebagai tambahan kepada gas air: CO + H 2 O = CO 2 + H 2