Tänapäeval on inimesed kütusest väga sõltuvad. Kodude kütmine, toiduvalmistamine, seadmete käitamine ja sõidukid. Enamik kasutatavatest kütustest on süsivesinikud. Nende tõhususe hindamiseks kasutatakse eripõlemissoojuse väärtusi. Petrooleumil on suhteliselt muljetavaldav näitaja. Tänu sellele kvaliteedile kasutatakse seda raketi- ja lennukimootorites.

Oma omaduste tõttu kasutatakse petrooleumi raketimootorites

Omadused, tootmine ja rakendus

Petrooleumi ajalugu ulatub enam kui 2 tuhande aasta taha ja algab sellest, kui araabia teadlased tulid välja meetodi õli destilleerimiseks üksikuteks komponentideks. See avastati ametlikult 1853. aastal, kui Kanada arst Abraham Gesner töötas välja ja patenteeris meetodi läbipaistva ekstraheerimiseks. tuleohtlik vedelik bituumenist ja põlevkivist.

Pärast esimese puurimist õlikaev 1859. aastal sai petrooleumi peamiseks tooraineks nafta. Selle laialdase kasutuse tõttu lampides peeti seda aastakümneid nafta rafineerimise peamiseks tooteks. Ainult elektri tulek vähendas selle tähtsust valgustuses. Samuti vähenes petrooleumi tootmine, kuna autod muutusid populaarsemaks.- see asjaolu suurendas oluliselt bensiini tähtsust naftasaadusena. Tänapäeval kasutatakse aga mitmel pool maailmas petrooleumi kütteks ja valgustamiseks ning kaasaegne lennukikütus on sama toode, kuid kvaliteetsem.

Autokasutuse suurenemisega on petrooleumi populaarsus langenud

Petrooleum – kerge selge vedelik, keemiliselt segu orgaanilised ühendid. Selle koostis sõltub suuresti toorainest, kuid reeglina koosneb see tosinast erinevast süsivesinikust, millest iga molekul sisaldab 10–16 süsinikuaatomit. Petrooleum on vähem lenduv kui bensiin. Petrooleumi ja bensiini võrdlevad põlemistemperatuurid, mille juures nad eraldavad pinna lähedal süttivaid aure, on vastavalt 38 ja -40°C.

See omadus võimaldab petrooleumi pidada ladustamise, kasutamise ja transportimise seisukohalt suhteliselt ohutuks kütuseks. Keemistemperatuuri (150 kuni 350°C) alusel klassifitseeritakse see üheks nn toornafta keskmiseks destillaadiks.

Petrooleumi võib saada otsedestillatsioonimeetodil, st õlist füüsiliselt eraldades, destilleerimise või keemiline lagunemine raskemad fraktsioonid krakkimisprotsessi tulemusena.

Petrooleumi kui kütuse omadused

Põlemine on ainete kiire oksüdatsiooni protsess koos soojuse vabanemisega. Reeglina hõlmab reaktsioon õhus sisalduvat hapnikku. Süsivesinike põlemisel tekivad järgmised peamised põlemissaadused:

• süsinikdioksiid;
• veeaur;
• tahma.

Kütuse põlemisel tekkiv energia hulk sõltub selle liigist, põlemistingimustest, massist või mahust. Energiat mõõdetakse džaulides või kalorites. Spetsiifiline (aine koguse mõõtühiku kohta) Kütteväärtus on kütuseühiku põletamisel saadud energia:

• molaarne (näiteks J/mol);
• mass (näiteks J/kg);
• mahuline (näiteks kcal/l).

Enamasti töötavad need gaasiliste, vedelate ja tahkete kütuste hindamiseks massi kütteväärtuse indikaatoriga, mida väljendatakse J/kg.

Põlemissoojuse väärtus sõltub sellest, kas arvesse võeti põlemisel veega toimuvaid protsesse. Niiskuse aurustumine on energiamahukas protsess, ning soojusülekande arvessevõtmine nende aurude kondenseerumisel võib samuti tulemust mõjutada.

Mõõtmiste tulemust, mis on tehtud enne, kui kondenseerunud aur energiat süsteemi tagastab, nimetatakse madalamaks kütteväärtuseks ja pärast auru kondenseerumist saadud väärtust nimetatakse suuremaks soojuseks. Süsivesinikmootorid ei saa ära kasutada heitgaasis sisalduvat veeauru lisaenergiat, seega on netonäitaja asjakohane mootoritootjatele ja seda leidub sagedamini teatmeteostes.

Sageli jääb kütteväärtuse märkimisel täpsustamata, millist kogust silmas peetakse, mis võib tekitada segadust. Aitab teadmine, et Vene Föderatsioonis on traditsiooniline märkima alumist.

Madal kütteväärtus - oluline näitaja

Tuleb märkida, et mõne kütuse puhul ei ole neto- ja brutoenergiaks jagamine mõttekas, kuna need ei tooda põlemisel vett. See ei kehti petrooleumi puhul, kuna selle süsivesinike sisaldus on kõrge. Suhteliselt väikese tihedusega (780 kg/m³ kuni 810 kg/m³) selle kütteväärtus on sarnane diislikütuse kütteväärtusega ja on:

• madalaim - 43,1 MJ/kg;
• kõrgeim - 46,2 MJ/kg.

Võrdlus teiste kütuseliikidega

Vaadeldav indikaator on väga mugav kütuses sisalduva potentsiaalse soojushulga hindamiseks. Näiteks bensiini kütteväärtus massiühiku kohta on võrreldav petrooleumi omaga, kuid esimene on palju tihedam. Selle tulemusena sisaldab samas võrdluses liiter bensiini vähem energiat.

ErisoojusÕli põlemine süsivesinike seguna sõltub selle tihedusest, mis on erinevate põldude lõikes muutuv (43-46 MJ/kg). Arvutusmeetodid võimaldavad kõrge täpsus määrake see väärtus, kui selle koostise kohta on esialgseid andmeid.

Teatud tüüpi tuleohtlike vedelike keskmised näitajad, millest õli koosneb, näevad välja järgmised (MJ/kg):

• diislikütus - 42-44;
• bensiin - 43-45;
• petrooleum - 43-44.

Tahkekütuste, nagu turvas ja kivisüsi, kalorisisaldus on suurem. See on tingitud asjaolust, et nende koostis võib olla väga erinev nii mittesüttivate ainete sisalduse kui ka süsivesinike kalorisisalduse poolest. Näiteks turba kütteväärtus erinevat tüüpi võib kõikuda vahemikus 8-24 MJ/kg ja kivisüsi - 13-36 MJ/kg. Levinud gaasidest on vesinikul kõrge kütteväärtus – 120 MJ/kg. Suuruselt järgmine eripõlemissoojus on metaan (50 MJ/kg).

Võime öelda, et petrooleum on kütus, mis on ajaproovile vastu pidanud just oma suhteliselt kõrge energiamahukuse tõttu madala hinnaga. Selle kasutamine pole mitte ainult majanduslikult põhjendatud, vaid mõnel juhul puudub ka alternatiiv.

Üsna sageli võetakse valimisel arvesse ka kütuse kütteväärtust kütteseadmed majade ja suvilate jaoks korteri küttesüsteemide valimisel. See parameeter on oluline ka autode kütusesüsteemide valimisel (vedelkütuselt gaasile või elektrile üleminekul).

Väärib märkimist, et hetkel arendavad paljud teadusorganisatsioonid, uurimisinstituudid, laborid ja isegi spetsialiseerunud ettevõtted süsteeme, mis suudavad seda parameetrit suurendada ja võimaldavad põlemisel vabanevat energiat optimaalsemalt kasutada. Tavaliselt saavutatakse see paigalduse tõhususe suurendamisega.

Sellise parameetri olemasolu on tingitud asjaolust, et erinevat tüüpi eraldama erinevad kogused soojus (energia) põlemisprotsessi ajal, mis on eriti oluline tööstusrajatiste ja katlamajade jaoks, kuna valik optimaalne tüüp säästab märkimisväärsel hulgal rahalisi ressursse tööstusettevõtete toimimisel.

Allpool anname kütuse kütteväärtuse määratluse, arutame, mis on kütuse eripõlemissoojus ja anname mõnede energiaressursside väärtused (küttepuude, kivisöe, naftasaaduste eripõlemissoojus).

Kütteväärtuse all erinevat tüüpi energiaressursid mõistavad, kui palju soojusenergiat (kilokaloreid) saadakse ühe kütuseühiku põletamisel. Selle parameetri määramiseks kasutatakse spetsiaalset seadet, mida nimetatakse kalorimeetriks. On veel üks seade - kalorimeetriline pomm.

Mõõteriistades soojendab üks ühik kütusematerjali vett, mille tulemusena tekib veeaur. Järgmisena aur kondenseerub, muutudes täielikult vedelaks, mida nimetatakse kondenseerumiseks. Sel juhul kannab aur soojusenergia täielikult mõõteseadmesse. Kuid puuduseks selline mõõteriistad kas see on soojusenergia, mis tuleb välja kütuse põlemisel, ei ole kõik mõõdetud. See on tingitud asjaolust, et aurustumisel on soojusenergia hulk suurem kui kondenseerumisel. See muudab kogu vabaneva energia mõõtmise võimatuks. Seadmete puudused hõlmavad nende valmistamise materjalide ideaalsest väiksemat soojusjuhtivust, mis vähendab ka tegelikku põlemiskiirust. Need kriteeriumid on laboriuuringute jaoks üsna olulised, kuid praktilistel eesmärkidel mõõtmisel jäetakse need tähelepanuta. Tööstusrajatiste käitamisel need kaod suurenevad efektiivsuse tõttu (mitte 100%).

Sel juhul nimetatakse kalorimeetrilises pommis (kus mõõtmisprotsess on täpsem kui kalorimeetril) saadud näitajaid kütusematerjali kõrgeimaks kütteväärtuseks.

Kalorimeetri näidikud on kütuse madalaim kütteväärtus, mis erineb kõrgeimast väärtusest 600x(9H+W)/100, kus H ja W on vesiniku ja niiskuse hulk, mis sisaldub konkreetse kütusematerjali ühikus. Tuleb meeles pidada, et Ameerika standardite kohaselt kasutatakse arvutusteks kõrgeimat väärtust ja meetermõõdustiku süsteemiga riikide puhul madalaimat väärtust. Hetkel on küsimus ülemineku kohta meetriline süsteem kõrgeimale näitajale, kuna paljud teadlased peavad seda optimaalsemaks.

Erinevat tüüpi kütusematerjalide väärtused

Sageli huvitab paljusid inimesi konkreetse energiakandja liigi kütuse eripõlemissoojuse väärtus, üsna sageli aga küttepuude kütteväärtus. See on muutunud eriti oluliseks aastal viimasel ajal kui algas klassikaliste ahjude mood kodudes. Küttepuude kütteväärtus on erinevad tõud puit varieerub, sageli antakse keskmine väärtus. Allpool on toodud järgmiste kütusetüüpide väärtused:

1. Küttepuidu (kask, okaspuu) kütteväärtus on keskmiselt 14,5-15,5 MJ/kg. Pruunsöel on sama soojusülekande kiirus.
2. Kivisöe soojusülekanne on 22 MJ/kg.
3. See väärtus turba puhul jääb vahemikku 8-15 MJ/kg.
4. Tähendus jaoks kütusebrikett jääb vahemikku 18,5-21 MJ/kg.
5. Gaas tarnitud elamud, selle näitaja on 45,5 MJ/kg.
6. Pudeligaasi (propaan-butaan) puhul on see näitaja 36 MJ/kg.
7. Diislikütuse näitaja on 42,8 MJ/kg.
8. Sest erinevad kaubamärgid bensiini väärtus jääb vahemikku 42-45 MJ/kg.

Konkreetsed väärtused

Põlemise eriväärtused arvutati mitmete kütusematerjalide jaoks. Need on füüsikalised suurused, mis näitavad ühe üksuse põlemisel tekkivat soojusenergia hulka. Tavaliselt mõõdetakse džaulides kilogrammi (või kuupmeetri) kohta. USA-s on väärtused antud kalorites kilogrammi kohta. Need koefitsiendid on soojusülekanne. Neid mõõdetakse laboris, misjärel sisestatakse andmed spetsiaalsetesse tabelitesse, mis on avalikult kättesaadavad. Mida suurem on energiaressursi soojusülekanne (kütuse põletamisel tekkiv soojus), seda tõhusamaks peetakse kütust. See tähendab, et sama kasuteguriga paigaldises on suurema soojusülekande väärtusega kütuse tarbimine väiksem.

Kütuse eripõlemissoojust kasutatakse peaaegu alati projekteerimisarvutustes (projekteerimisel erinevaid seadmeid), samuti määramisel küttesüsteemid ja varustus koju, korterisse, suvilasse jne.

5. PÕLEMISE TERMILINE TASAKAAL

Vaatleme meetodeid gaasiliste, vedelate ja põlemisprotsesside soojusbilansi arvutamiseks tahked kütused. Arvutamine taandub järgmiste ülesannete lahendamisele.

· Kütuse põlemissoojuse (kütteväärtuse) määramine.

· Teoreetilise põlemistemperatuuri määramine.

5.1. PÕLEMISSOOJUS

Keemiliste reaktsioonidega kaasneb soojuse eraldumine või neeldumine. Soojuse vabanemisel nimetatakse reaktsiooni eksotermiliseks ja soojuse neeldumisel endotermiliseks. Kõik põlemisreaktsioonid on eksotermilised ja põlemissaadused on eksotermilised ühendid.

Keemilise reaktsiooni käigus vabanevat (või neelduvat) soojust nimetatakse reaktsioonisoojuseks. Eksotermilistes reaktsioonides on see positiivne, endotermilistes reaktsioonides negatiivne. Põlemisreaktsiooniga kaasneb alati soojuse eraldumine. Põlemissoojus Q g(J/mol) on soojushulk, mis vabaneb ühe mooli aine täielikul põlemisel ja põleva aine muutumisel täieliku põlemisproduktideks. Mool on aine koguse SI põhiühik. Üks mool on aine kogus, mis sisaldab sama arvu osakesi (aatomeid, molekule jne), kui on aatomeid 12 g süsinik-12 isotoobis. Aine koguse mass, mis on võrdne 1 mooliga (molekulaarne või molaarmass) langeb arvuliselt kokku antud aine suhtelise molekulmassiga.

Näiteks hapniku (O 2) suhteline molekulmass on 32, süsinikdioksiid(CO 2) on 44 ja vastavad molekulmassid on M = 32 g/mol ja M = 44 g/mol. Seega sisaldab üks mool hapnikku 32 grammi seda ainet ja üks mool CO 2 sisaldab 44 grammi süsinikdioksiidi.

IN tehnilised arvutused Kõige sagedamini ei kasutata põlemissoojust Q g ja kütuse kütteväärtus K(J/kg või J/m3). Aine kütteväärtus on soojushulk, mis eraldub 1 kg või 1 m 3 aine täielikul põlemisel. Vedelikule ja tahked ained arvutatakse 1 kg kohta ja gaasiliste puhul - 1 m 3 kohta.

Kütuse põlemissoojuse ja kütteväärtuse tundmine on vajalik põlemis- või plahvatustemperatuuri, plahvatusrõhu, leegi levimiskiiruse ja muude karakteristikute arvutamiseks. K Kütuse kütteväärtus määratakse kas katseliselt või arvutuslikult. Kütteväärtuse katselisel määramisel põletatakse etteantud mass tahket või vedelat kütust kalorimeetrilises pommis, gaaskütuse puhul gaasikalorimeetris. Need seadmed mõõdavad kogu soojust 0, mis vabaneb kütuse kaalumise proovi põletamisel m . Kütteväärtus Q g

leitakse valemiga
Põlemissoojuse seos ja

kütuse kütteväärtus

Põlemissoojuse ja aine kütteväärtuse vahelise seose tuvastamiseks on vaja üles kirjutada põlemiskeemilise reaktsiooni võrrand.

Süsiniku täieliku põlemise saadus on süsinikdioksiid:

C+O2 →CO2.

Vesiniku täieliku põlemise saadus on vesi:

2H2 +O2 → 2H2O.

Väävli täieliku põlemise saadus on vääveldioksiid:

S +O 2 → SO 2.

Sel juhul vabaneb lämmastik, halogeenid ja muud mittesüttivad elemendid vabas vormis.

Põlev aine - gaas . Kütteväärtus=882.6 .

Näitena arvutame metaani CH 4 kütteväärtuse, mille põlemissoojus on võrdne · Määrame metaani molekulmassi vastavalt sellele keemiline valem

(CH 4):

M = 1,12 + 4,1 = 16 g/mol. · Teeme kindlaks kütteväärtus

1 kg metaani:

.

· Leiame 1 kg metaani ruumala, teades selle tihedust ρ=0,717 kg/m3 normaaltingimustes:

· Määrame 1 m 3 metaani kütteväärtuse: gaasilised ained(Tabel 5.1). Suurusjärk K selles tabelis on antud MJ/m 3 ja kcal/m 3, kuna soojusühikuna kasutatakse sageli 1 kcal = 4,1868 kJ.

Tabel 5.1

Gaasi kütteväärtus erinevad kütused

Tuleohtlik aine on vedelik või tahke

Näitena arvutame etüülalkoholi C 2 H 5 OH kütteväärtuse, mille põlemissoojus on . Kütteväärtus= 1373,3 kJ/mol.

· Määrame etüülalkoholi molekulmassi selle keemilise valemi (C 2 H 5 OH) järgi:

M = 2,12 + 5,1 + 1,16 + 1,1 = 46 g/mol.

Määrame 1 kg etüülalkoholi kütteväärtuse:

Kõigi vedelate ja tahkete põlevainete kütteväärtus määratakse sarnaselt. Tabelis 5.2 ja 5.3 näitavad kütteväärtusi K(MJ/kg ja kcal/kg) mõnede vedelike ja tahkete ainete puhul.

Tabel 5.2

Vedelkütuste kütteväärtus

Tabel 5.3

Tahkekütuste kütteväärtus

Mendelejevi valem

Kui kütuse kütteväärtus on teadmata, saab selle arvutada D.I. pakutud empiirilise valemi abil. Mendelejev. Selleks peate teadma kütuse elementaarset koostist (kütuse samaväärne valem), see tähendab selle sisaldust protsentides.:

järgmised elemendid

hapnik (O);

Vesinik (H);

Süsinik (C);

Väävel (S);

tuhk (A);

Vesi (W). Kütuse põlemisproduktid sisaldavad alati veeaur

, mis on tekkinud nii kütuses sisalduva niiskuse tõttu kui ka vesiniku põlemisel. Jäätmete põlemisproduktid väljuvad tööstusettevõttest kastepunktist kõrgemal temperatuuril. Seetõttu ei saa veeauru kondenseerumisel eralduvat soojust otstarbekalt kasutada ja seda ei tohiks soojusarvutustes arvesse võtta. Arvutamiseks kasutatakse tavaliselt madalat kütteväärtust Q n kütus, mis võtab arvesse soojuskadusid veeauruga. Tahkete ja vedelate kütuste puhul väärtus Q n

kütus, mis võtab arvesse soojuskadusid veeauruga. Tahkete ja vedelate kütuste puhul väärtus=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

(MJ/kg) määratakse ligikaudu Mendelejevi valemiga:

See valem võtab arvesse süsiniku, vesiniku ja väävli eksotermiliste põlemisreaktsioonide soojust (plussmärgiga). Kütuses sisalduv hapnik asendab osaliselt õhuhapnikku, mistõttu valemis (5.1) võetakse vastav termin miinusmärgiga. Niiskuse aurustumisel kulub soojust, seega võetakse ka vastav W-d sisaldav termin miinusmärgiga.

Erinevate kütuste (puit, turvas, kivisüsi, õli) kütteväärtuse arvutuslike ja eksperimentaalsete andmete võrdlus näitas, et Mendelejevi valemiga (5.1) arvutamine annab vea, mis ei ületa 10%.

Puhaskütteväärtus kütus, mis võtab arvesse soojuskadusid veeauruga. Tahkete ja vedelate kütuste puhul väärtus(MJ/m3) kuivade põlevgaaside kohta saab piisava täpsusega arvutada üksikute komponentide kütteväärtuse ja nende sisalduse protsentuaalse sisalduse korrutiste summana 1 m3 gaaskütuses.

kütus, mis võtab arvesse soojuskadusid veeauruga. Tahkete ja vedelate kütuste puhul väärtus= 0,108[Н 2 ] + 0,126 [СО] + 0,358 [СН 4 ] + 0,5 [С 2 Н 2 ] + 0,234 [Н 2 S ]…, (5,2)

kus sulgudes on märgitud vastavate gaaside sisaldus (mahu%) segus.

Keskmiselt on maagaasi kütteväärtus ligikaudu 53,6 MJ/m 3 . Kunstlikult toodetud põlevates gaasides on metaani CH4 sisaldus ebaoluline. Peamised tuleohtlikud komponendid on vesinik H2 ja süsinikmonooksiid CO. Näiteks koksiahju gaasis ulatub H2 sisaldus (55 ÷ 60)% ja sellise gaasi madalam kütteväärtus 17,6 MJ/m3. Generaatorigaas sisaldab CO ~ 30% ja H 2 ~ 15%, samas kui generaatorigaasi madalam kütteväärtus on kütus, mis võtab arvesse soojuskadusid veeauruga. Tahkete ja vedelate kütuste puhul väärtus= (5,2÷6,5) MJ/m3. CO ja H 2 sisaldus kõrgahjugaasis on väiksem; suurusjärk kütus, mis võtab arvesse soojuskadusid veeauruga. Tahkete ja vedelate kütuste puhul väärtus= (4,0÷4,2) MJ/m3.

Vaatame näiteid ainete kütteväärtuse arvutamise kohta Mendelejevi valemi abil.

Määrame söe kütteväärtuse, mille elementaarne koostis on toodud tabelis. 5.4.

Tabel 5.4

Söe elementaarne koostis

· Asendame tabelis toodud. 5.4 andmed Mendelejevi valemis (5.1) (lämmastik N ja tuhk A ei sisaldu selles valemis, kuna need on inertsed ained ega osale põlemisreaktsioonis):

kütus, mis võtab arvesse soojuskadusid veeauruga. Tahkete ja vedelate kütuste puhul väärtus=0,339∙37,2+1,025∙2,6+0,1085∙0,6–0,1085∙12–0,025∙40=13,04 MJ/kg.

Määrakem 50 liitri vee soojendamiseks 10° C kuni 100° C küttepuidu kogus, kui kütteks kulub 5% põlemisel eralduvast soojusest, ning vee soojusmahtuvus Koos=1 kcal/(kg∙deg) või 4,1868 kJ/(kg∙deg). Küttepuude elementaarne koostis on toodud tabelis. 5.5:

Tabel 5.5

Küttepuude elementaarne koostis