صفحه اصلی - راهرو
گرمای احتراق سوخت چه چیزی را نشان می دهد؟ گرمای ویژه احتراق سوخت و مواد قابل احتراق

یک ویژگی حرارتی مهم سوخت، گرمای ویژه احتراق آن است.

گرمای ویژه احتراق سوخت

بین مقادیر ویژه کالری بالاتر و پایین تر تمایز گذاشته می شود. گرمای ویژه احتراق سوخت کار، با در نظر گرفتن گرمای اضافی که در طول تراکم بخار آب موجود در محصولات احتراق آزاد می شود، نامیده می شود. بالاترین گرمای ویژه احتراق سوخت کار. این مقدار اضافی گرما را می توان با ضرب جرم بخار آب تولید شده از تبخیر رطوبت سوخت /100 و از احتراق هیدروژن تعیین کرد. 9 /100 ، به گرمای نهان تراکم بخار آب تقریباً 2500 کیلوژول بر کیلوگرم است.

ارزش حرارتی پایین تر سوختمقدار گرمایی که در شرایط عادی عملی آزاد می شود، به عنوان مثال. هنگامی که بخار آب متراکم نمی شود، بلکه در جو آزاد می شود.

بنابراین، رابطه بین بالاترین و کمترین گرمای ویژه احتراق را می توان با معادله بیان کرد - = =25(9 ).

64. سوخت مشروط.

سوختهر ماده ای است که در اثر احتراق (اکسیداسیون)، مقدار قابل توجهی گرما در واحد جرم یا حجم آزاد می کند و برای استفاده انبوه در دسترس است.

از ترکیبات آلی طبیعی و مشتق شده در حالت جامد، مایع و گاز به عنوان سوخت استفاده می شود.

هر سوخت آلی متشکل از کربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، گوگرد فرار و جامد و سوخت های مایع- از خاکستر (بقایای مواد معدنی) و رطوبت.

یک ویژگی حرارتی مهم سوخت، گرمای ویژه احتراق آن است.

گرمای ویژه احتراق سوختمقدار گرمایی است که در طی احتراق کامل یک واحد سوخت آزاد می شود.

هر چه حرارت مخصوص احتراق سوخت کمتر باشد، مصرف آن در واحد دیگ بخار بیشتر می شود. برای مقایسه انواع سوخت با توجه به اثر حرارتی آنها، مفهوم سوخت معمولی معرفی شد که گرمای ویژه احتراق آن برابر با 29.3 MJ/kg بود.

نسبت Q Н Р یک سوخت معین به سوخت خاص Q سوخت استاندارد معادل E نامیده می شود. سپس تبدیل مصرف سوخت طبیعی VN به سوخت استاندارد V UT طبق فرمول انجام می شود:

سوخت مشروط- واحد حسابداری برای سوخت آلی که در محاسبات اتخاذ شده است، یعنی نفت و مشتقات آن، طبیعی و به طور خاص از تقطیر شیل و زغال سنگ، گاز، ذغال سنگ نارس به دست می آید - که برای محاسبه اثر مفید انواع مختلف سوخت استفاده می شود. کل حسابداری آنها

در اتحاد جماهیر شوروی و روسیه در هر واحد سوخت استاندارد(ce) ارزش حرارتی 1 کیلوگرم زغال سنگ = 29.3 مگا ژول یا 7000 کیلو کالری آژانس بین المللی انرژی گرفته شد. I.E.A.) واحد معادل روغن را گرفت که معمولاً با علامت اختصاری نشان داده می شود TOE(انگلیسی) . تن معادل نفت). یک تن نفت معادل 41.868 GJ یا 11.63 مگاوات ساعت است. واحد مورد استفاده نیز بشکه معادل نفت ().

BOE

65. ضریب هوای مازاد. عددی که نشان می دهد چند برابر جریان هوای واقعی بیشتر از مقدار هوای مورد نیاز نظری است، نامیده می شود.ضریب هوای اضافی، یعنی جریان واقعی هوا L (به کیلوگرم/کیلوگرم) یا V یعنی جریان واقعی هوا (m 3 / m 3) برابر با مقدار مورد نیاز نظری آن است o

(به کیلوگرم/کیلوگرم) یا= یا V o > ضرب در ضریب هوای اضافی a 0 .

aV

در این درس یاد می گیریم که چگونه مقدار گرمایی را که سوخت در طی احتراق آزاد می کند محاسبه کنیم. علاوه بر این، ما ویژگی های سوخت - گرمای ویژه احتراق را در نظر خواهیم گرفت.

از آنجایی که کل زندگی ما بر اساس حرکت است و حرکت بیشتر مبتنی بر احتراق سوخت است، مطالعه این مبحث برای درک موضوع "پدیده های حرارتی" بسیار مهم است. پس از مطالعه مسائل مربوط به میزان حرارت وظرفیت گرمایی ویژه ، بیایید به بررسی ادامه دهیم.

مقدار گرمای آزاد شده هنگام سوزاندن سوخت

تعریفسوخت

- ماده ای که در برخی فرآیندها (احتراق، واکنش های هسته ای) گرما تولید می کند. منبع انرژی است. سوخت اتفاق می افتدجامد، مایع و گاز

(شکل 1).

  • برنج. 1. انواع سوخت سوخت جامد شامل.
  • زغال سنگ و ذغال سنگ نارس سوخت های مایع شامل.
  • نفت، بنزین و سایر فرآورده های نفتی سوخت های گازی شامل.
  • گاز طبیعی به طور جداگانه، می توانیم موارد بسیار رایج اخیر را برجسته کنیم.

سوخت هسته ای

احتراق سوخت یک فرآیند شیمیایی است که اکسیداتیو است. در طی احتراق، اتم های کربن با اتم های اکسیژن ترکیب می شوند و مولکول هایی را تشکیل می دهند. در نتیجه، انرژی آزاد می شود که فرد از آن برای اهداف خود استفاده می کند (شکل 2).

برنج. 2. تشکیل دی اکسید کربن برای مشخص کردن سوخت، از ویژگی زیر استفاده می شود:. ارزش کالری نشان می دهد که چه مقدار گرما در طی احتراق سوخت آزاد می شود (شکل 3). در فیزیک، ارزش حرارتی با مفهوم مطابقت دارد گرمای ویژه احتراق یک ماده.

برنج. 3. گرمای ویژه احتراق

مقدار گرمای آزاد شده هنگام سوزاندن سوخت

گرمای ویژه احتراق - کمیت فیزیکیکه مشخص کننده سوخت است، از نظر عددی برابر با مقدار گرمایی است که در طی احتراق کامل سوخت آزاد می شود.

گرمای ویژه احتراق معمولاً با حرف نشان داده می شود. واحدهای اندازه گیری:

هیچ واحد اندازه گیری وجود ندارد، زیرا احتراق سوخت در دمای تقریباً ثابت رخ می دهد.

گرمای ویژه احتراق به صورت تجربی با استفاده از ابزارهای پیچیده تعیین می شود. با این حال، جداول خاصی برای حل مشکلات وجود دارد. در زیر مقادیر گرمای ویژه احتراق را برای برخی از انواع سوخت ارائه می کنیم.

امروزه مردم به شدت به سوخت وابسته هستند. گرمایش منازل، پخت و پز، بهره برداری از تجهیزات و وسایل نقلیه. بیشتر سوخت های مورد استفاده هیدروکربن ها هستند. برای ارزیابی کارایی آنها، از مقادیر حرارت ویژه احتراق استفاده می شود. نفت سفید شاخص نسبتاً چشمگیری دارد. با توجه به این کیفیت در موتورهای موشک و هواپیما استفاده می شود.

نفت سفید به دلیل خواصی که دارد در موتورهای موشک استفاده می شود

خواص، تولید و کاربرد

تاریخچه نفت سفید به بیش از 2 هزار سال قبل باز می گردد و از زمانی آغاز می شود که دانشمندان عرب روشی را برای تقطیر روغن به اجزای جداگانه ارائه کردند. به طور رسمی در سال 1853 کشف شد، زمانی که پزشک کانادایی آبراهام گسنر روشی را برای استخراج شفاف ایجاد و ثبت کرد. مایع قابل اشتعالاز قیر و شیل نفتی.

پس از حفاری اول چاه نفتدر سال 1859، نفت به ماده خام اصلی نفت سفید تبدیل شد. به دلیل استفاده گسترده آن در لامپ ها، برای چندین دهه به عنوان یک محصول اصلی پالایش نفت در نظر گرفته می شد. تنها ظهور الکتریسیته اهمیت آن را برای روشنایی کاهش داد. با محبوبیت بیشتر خودروها، تولید نفت سفید نیز کاهش یافت.- این شرایط به طور قابل توجهی اهمیت بنزین را به عنوان یک فرآورده نفتی افزایش داد. با این حال، امروزه در بسیاری از نقاط جهان از نفت سفید برای گرمایش و روشنایی استفاده می شود و سوخت مدرن جت نیز همان محصول است، اما از کیفیت بالاتری برخوردار است.

با افزایش استفاده از خودرو، محبوبیت نفت سفید کاهش یافته است

نفت سفید - سبک مایع شفاف، از نظر شیمیایی یک مخلوط ترکیبات آلی. ترکیب آن تا حد زیادی به ماده خام بستگی دارد، اما، به عنوان یک قاعده، از ده ها هیدروکربن مختلف تشکیل شده است که هر مولکول حاوی 10 تا 16 اتم کربن است. نفت سفید فرار کمتر از بنزین است. دمای احتراق نسبی نفت سفید و بنزین که در آن بخارات قابل اشتعال در نزدیکی سطح منتشر می کنند، به ترتیب 38 و -40 درجه سانتیگراد است.

این خاصیت به ما این امکان را می دهد که نفت سفید را از نظر ذخیره سازی، استفاده و حمل و نقل به عنوان یک سوخت نسبتا ایمن در نظر بگیریم. بر اساس نقطه جوش (150 تا 350 درجه سانتیگراد) در زمره تقطیرهای متوسط ​​نفت خام قرار می گیرد.

نفت سفید را می توان به روش مستقیم، یعنی جداسازی فیزیکی از روغن، با تقطیر یا استفاده از نفت به دست آورد. تجزیه شیمیاییکسری سنگین تر در نتیجه فرآیند ترک خوردگی.

ویژگی های نفت سفید به عنوان سوخت

احتراق فرآیند اکسیداسیون سریع مواد با آزاد شدن گرما است. به عنوان یک قاعده، واکنش شامل اکسیژن موجود در هوا است. در طی احتراق هیدروکربن ها، محصولات اصلی احتراق زیر تشکیل می شوند:

  • دی اکسید کربن؛
  • بخار آب؛
  • دوده

مقدار انرژی تولید شده در طی احتراق سوخت به نوع، شرایط احتراق، جرم یا حجم آن بستگی دارد. انرژی با ژول یا کالری اندازه گیری می شود. اختصاصی (به ازای واحد اندازه گیری مقدار ماده) ارزش حرارتی انرژی حاصل از سوزاندن یک واحد سوخت است:

  • مولر (به عنوان مثال، J/mol)؛
  • جرم (به عنوان مثال، J/kg)؛
  • حجمی (به عنوان مثال، کیلو کالری در لیتر).

در بیشتر موارد، برای ارزیابی سوخت‌های گازی، مایع و جامد، آنها با شاخص ارزش حرارتی جرمی که بر حسب J/kg بیان می‌شود، عمل می‌کنند.


هنگامی که یک کربوهیدرات می سوزد، چندین عنصر مانند دوده تشکیل می شود

مقدار گرمای احتراق به این بستگی دارد که آیا فرآیندهایی که در طول احتراق با آب اتفاق می‌افتد در نظر گرفته شده است یا خیر. تبخیر رطوبت یک فرآیند انرژی بر استو در نظر گرفتن انتقال حرارت در حین تراکم این بخارات نیز می تواند بر نتیجه تأثیر بگذارد.

نتیجه اندازه گیری های انجام شده قبل از اینکه بخار متراکم انرژی را به سیستم برگرداند، ارزش حرارتی کمتر و مقداری که پس از متراکم شدن بخار حاصل می شود، گرمای بالاتر نامیده می شود. موتورهای هیدروکربنی نمی توانند از انرژی اضافی بخار آب در اگزوز استفاده کنند، بنابراین نشانگر خالص برای سازندگان موتور مرتبط است و بیشتر در کتاب های مرجع یافت می شود.

اغلب، هنگام نشان دادن ارزش حرارتی، مشخص نمی شود که کدام یک از مقادیر مورد نظر است، که می تواند منجر به سردرگمی شود. دانستن اینکه در فدراسیون روسیه سنتی نشان دادن پایین تر است کمک می کند.

ارزش کالری کمتر - شاخص مهم

لازم به ذکر است که برای برخی از سوخت ها تقسیم به انرژی خالص و ناخالص منطقی نیست، زیرا آنها در طی احتراق آب تولید نمی کنند. این برای نفت سفید مرتبط نیست، زیرا محتوای هیدروکربن آن بالا است. با چگالی نسبتا کم (بین 780 کیلوگرم بر متر مکعب و 810 کیلوگرم بر متر مکعب) ارزش حرارتی آن مشابه سوخت دیزل است و عبارت است از:

  • کمترین - 43.1 MJ/kg.
  • بالاترین - 46.2 MJ/kg.

مقایسه با سایر انواع سوخت

شاخص مورد بررسی برای ارزیابی مقدار بالقوه گرمای موجود در سوخت بسیار مناسب است. به عنوان مثال، ارزش حرارتی بنزین در واحد جرم قابل مقایسه با نفت سفید است، اما اولی بسیار متراکم تر است. در نتیجه، در همین مقایسه، یک لیتر بنزین انرژی کمتری دارد.

گرمای خاصاحتراق نفت به عنوان مخلوطی از هیدروکربن ها به چگالی آن بستگی دارد که برای میادین مختلف متغیر است (43-46 MJ/kg). روش های محاسبه اجازه می دهد دقت بالادر صورت وجود داده های اولیه در مورد ترکیب آن، این مقدار را تعیین کنید.

شاخص‌های میانگین برای برخی از انواع مایعات قابل اشتعال که روغن را تشکیل می‌دهند به این صورت است (به MJ/kg):

  • سوخت دیزل - 42-44؛
  • بنزین - 43-45؛
  • نفت سفید - 43-44.

محتوای کالری سوخت های جامد، مانند ذغال سنگ نارس و زغال سنگ، دامنه بیشتری دارد. این به این دلیل است که ترکیب آنها می تواند هم از نظر محتوای مواد غیر قابل احتراق و هم در محتوای کالری هیدروکربن ها بسیار متفاوت باشد. به عنوان مثال، ارزش حرارتی ذغال سنگ نارس انواع مختلفمی تواند بین 8-24 MJ/kg و زغال سنگ - 13-36 MJ/kg در نوسان باشد. در میان گازهای رایج، هیدروژن دارای ارزش حرارتی بالایی است - 120 مگا ژول بر کیلوگرم. بالاترین گرمای ویژه احتراق متان (50 MJ/kg) است.

می‌توان گفت که نفت سفید سوختی است که دقیقاً به دلیل شدت انرژی نسبتاً بالا با قیمت پایین امتحان زمان را پس داده است. استفاده از آن نه تنها توجیه اقتصادی دارد، بلکه در برخی موارد جایگزینی نیز وجود ندارد.

اغلب هنگام انتخاب، ارزش حرارتی سوخت در نظر گرفته می شود وسایل گرمایشیبرای خانه ها و کلبه ها، هنگام انتخاب سیستم های گرمایش برای یک آپارتمان. این پارامتر هنگام انتخاب سیستم های سوخت برای خودروها (هنگام تغییر از سوخت مایع به گاز یا برق) نیز مهم است.

شایان ذکر است که در حال حاضر بسیاری از سازمان های علمی، موسسات تحقیقاتی، آزمایشگاه ها و حتی شرکت های تخصصی در حال توسعه سیستم هایی هستند که می توانند این پارامتر را افزایش دهند و امکان استفاده بهینه از انرژی آزاد شده در حین احتراق را فراهم کنند. این معمولاً با افزایش راندمان نصب به دست می آید.

وجود چنین پارامتری به این دلیل است که انواع مختلفاختصاص دهد مقادیر مختلفگرما (انرژی) در طول فرآیند احتراق، که به ویژه برای تاسیسات صنعتی و دیگ‌خانه‌ها از زمان انتخاب مهم است. نوع بهینهباعث صرفه جویی قابل توجهی در منابع مالی در بهره برداری از کارخانه های صنعتی خواهد شد.

در زیر تعریفی از ارزش حرارتی سوخت ارائه می دهیم، گرمای ویژه احتراق سوخت چیست و مقادیر برخی منابع انرژی (گرمای ویژه احتراق هیزم، زغال سنگ، فرآورده های نفتی) را بیان می کنیم.

تحت ارزش حرارتی انواع مختلفمنابع انرژی درک می کنند که چه مقدار انرژی حرارتی (کیلو کالری) با سوزاندن یک واحد ماده سوختی تولید می شود. برای تعیین این پارامتر از دستگاه خاصی استفاده می شود که به آن کالریمتر می گویند. دستگاه دیگری وجود دارد - یک بمب کالریمتری.

در وسایل اندازه گیری، یک واحد ماده سوختی آب را گرم می کند و در نتیجه بخار آب ایجاد می شود. سپس بخار متراکم می شود و کاملاً به حالت مایع تبدیل می شود که به آن تراکم می گویند. در این حالت بخار انرژی حرارتی را به طور کامل به دستگاه اندازه گیری منتقل می کند. با این حال، ضرر از جمله ابزار اندازه گیریآن است انرژی حرارتیکه در طی احتراق سوخت خارج می شود، همه اندازه گیری نمی شود. این به دلیل این واقعیت است که در هنگام تبخیر مقدار انرژی حرارتی بیشتر از هنگام تراکم است. این باعث می شود که اندازه گیری تمام انرژی آزاد شده غیرممکن شود. از معایب دستگاه ها می توان به رسانایی حرارتی کمتر از ایده آل موادی که از آنها ساخته شده اند، اشاره کرد که باعث کاهش سرعت احتراق واقعی نیز می شود. این معیارها برای تحقیقات آزمایشگاهی بسیار مهم هستند، اما هنگام اندازه گیری برای اهداف عملی نادیده گرفته می شوند. هنگام بهره برداری از تاسیسات صنعتی، این تلفات به دلیل کارایی (نه 100٪) افزایش می یابد.

در این حالت، شاخص های به دست آمده در یک بمب کالریمتری (که در آن فرآیند اندازه گیری دقیق تر از کالری متر است) بالاترین ارزش حرارتی ماده سوختی نامیده می شود.

نشانگرهای کالریمتر کمترین ارزش حرارتی سوخت هستند که با بالاترین مقدار 600x(9H+W)/100 متفاوت است، که در آن H و W مقدار هیدروژن و رطوبت موجود در یک واحد ماده سوختی خاص است. لازم به یادآوری است که طبق استانداردهای آمریکا بیشترین مقدار برای محاسبات و برای کشورهای دارای سیستم متریک از کمترین مقدار استفاده می شود. در حال حاضر یک سوال در مورد انتقال وجود دارد سیستم متریکبه بالاترین شاخص، زیرا توسط تعدادی از دانشمندان به عنوان بهینه تر شناخته شده است.

مقادیر برای انواع مختلف مواد سوختی

اغلب افراد زیادی به ارزش گرمای ویژه احتراق سوخت برای نوع خاصی از حامل انرژی علاقه مند هستند و اغلب مردم به ارزش حرارتی هیزم علاقه مند هستند. این امر به ویژه در اخیرازمانی که مد اجاق های کلاسیک در خانه ها شروع شد. ارزش حرارتی هیزم است نژادهای مختلفچوب متفاوت است، مقدار متوسط ​​اغلب داده می شود. در زیر مقادیر مربوط به انواع مواد سوختی زیر آمده است:

  1. ارزش حرارتی هیزم (توس، مخروطیان) به طور متوسط ​​14.5-15.5 MJ/kg است. زغال سنگ قهوه ای سرعت انتقال حرارت یکسانی دارد.
  2. انتقال حرارت زغال سنگ 22 MJ/kg است.
  3. این مقدار برای ذغال سنگ نارس بین 8-15 MJ/kg متغیر است.
  4. معنی برای بریکت های سوختیدر محدوده 18.5-21 MJ/kg است.
  5. گاز عرضه شده به ساختمان های مسکونی، دارای نشانگر 45.5 MJ/kg می باشد.
  6. برای گاز بطری (پروپان-بوتان) این رقم 36 MJ/kg است.
  7. سوخت دیزل دارای نشانگر 42.8 MJ/kg است.
  8. برای مارک های مختلفمقدار بنزین از 42 تا 45 مگاژول بر کیلوگرم متغیر است.

ارزش های خاص

مقادیر احتراق خاص برای تعدادی از مواد سوختی محاسبه شد. اینها کمیت های فیزیکی هستند که میزان انرژی حرارتی تولید شده در نتیجه احتراق یک واحد را نشان می دهند. معمولاً بر حسب ژول بر کیلوگرم (یا متر مکعب) اندازه گیری می شود. در ایالات متحده، مقادیر به کالری در هر کیلوگرم داده می شود. این ضرایب انتقال حرارت است. آنها در آزمایشگاه اندازه گیری می شوند و پس از آن داده ها در جداول ویژه ای که در دسترس عموم است وارد می شوند. هر چه انتقال حرارت یک منبع انرژی (حرارت تولید شده توسط احتراق سوخت) بیشتر باشد، سوخت کارآمدتر در نظر گرفته می شود. یعنی در یک نصب با همان راندمان، برای سوختی که ارزش انتقال حرارت بالاتری دارد، مصرف کمتر خواهد بود.

گرمای ویژه احتراق سوخت تقریباً همیشه در محاسبات طراحی استفاده می شود (هنگام طراحی تجهیزات مختلف) و همچنین هنگام تعیین سیستم های گرمایشیو تجهیزات خانه، آپارتمان، کلبه و غیره

5. تعادل حرارتی احتراق

اجازه دهید روش هایی را برای محاسبه تعادل حرارتی فرآیند احتراق گاز، مایع و سوخت های جامد. محاسبه به حل مسائل زیر ختم می شود.

· تعیین گرمای احتراق ( ارزش حرارتی ) سوخت.

· تعیین دمای احتراق نظری.

5.1. گرمای احتراق

واکنش های شیمیایی با آزاد شدن یا جذب گرما همراه است. هنگامی که گرما آزاد می شود، واکنش گرمازا و هنگامی که گرما جذب می شود، گرماگیر نامیده می شود. همه واکنش های احتراق گرمازا هستند و محصولات احتراق ترکیبات گرمازا هستند.

گرمای آزاد شده (یا جذب شده) در طی یک واکنش شیمیایی، گرمای واکنش نامیده می شود. در واکنش های گرمازا مثبت و در واکنش های گرماگیر منفی است. واکنش احتراق همیشه با انتشار گرما همراه است. گرمای احتراق Q g(J/mol) مقدار گرمایی است که در طی احتراق کامل یک مول از یک ماده و تبدیل یک ماده قابل احتراق به محصولات احتراق کامل آزاد می شود. مول واحد پایه SI کمیت یک ماده است. یک مول مقدار ماده ای است که دارای همان تعداد ذرات (اتم، مولکول و غیره) است که اتم های موجود در 12 گرم ایزوتوپ کربن-12 وجود دارد. جرم یک ماده برابر با 1 مول (مولکولی یا جرم مولی) از نظر عددی با جرم مولکولی نسبی یک ماده معین منطبق است.

به عنوان مثال، وزن مولکولی نسبی اکسیژن (O 2) 32 است، دی اکسید کربن(CO 2) 44 است و وزن مولکولی متناظر M = 32 g/mol و M = 44 g/mol خواهد بود. بنابراین، یک مول اکسیژن حاوی 32 گرم از این ماده و یک مول CO 2 حاوی 44 گرم دی اکسید کربن است.

در محاسبات فنیگرمای احتراق نیست که بیشتر استفاده می شود Q gو ارزش حرارتی سوخت س(J/kg یا J/m 3). ارزش حرارتی یک ماده مقدار گرمایی است که در طی احتراق کامل 1 کیلوگرم یا 1 متر مکعب از یک ماده آزاد می شود. برای مایع و جامداتمحاسبه در هر 1 کیلوگرم و برای گازها - در هر 1 متر مکعب انجام می شود.

آگاهی از گرمای احتراق و ارزش حرارتی سوخت برای محاسبه دمای احتراق یا انفجار، فشار انفجار، سرعت انتشار شعله و سایر مشخصات ضروری است. سارزش حرارتی سوخت یا به صورت تجربی یا با محاسبه تعیین می شود. هنگام تعیین تجربی ارزش حرارتی، یک جرم معین از سوخت جامد یا مایع در یک بمب کالریمتری و در مورد سوخت گازی، در یک کالری‌سنج گازی سوزانده می‌شود. این ابزارها گرمای کل را اندازه گیری می کنند 0 در هنگام احتراق یک نمونه از وزن سوخت آزاد می شودمتر . ارزش کالری Q g

با فرمول پیدا می شود
رابطه بین گرمای احتراق و

ارزش حرارتی سوخت

برای ایجاد ارتباط بین گرمای احتراق و ارزش حرارتی یک ماده، باید معادله واکنش شیمیایی احتراق را یادداشت کرد.

محصول احتراق کامل کربن دی اکسید کربن است:

C+O2 →CO2.

محصول احتراق کامل هیدروژن آب است:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O.

محصول احتراق کامل گوگرد دی اکسید گوگرد است:

S + O 2 → SO 2.

در این حالت نیتروژن، هالوژن و سایر عناصر غیر قابل احتراق به صورت آزاد آزاد می شوند.

ماده قابل احتراق - گاز . ارزش کالری=882.6 .

به عنوان مثال، اجازه دهید ارزش حرارتی متان CH 4 را محاسبه کنیم، که گرمای احتراق برابر است با بیایید وزن مولکولی متان را مطابق با آن تعیین کنیمفرمول شیمیایی

(CH 4):

M=1∙12+4∙1=16 گرم در مول. · بیایید تعیین کنیمارزش حرارتی

1 کیلوگرم متان:

.

بیایید حجم 1 کیلوگرم متان را با دانستن چگالی آن ρ=0.717 کیلوگرم بر متر مکعب در شرایط عادی پیدا کنیم:

بیایید ارزش حرارتی 1 متر مکعب متان را تعیین کنیم: مواد گازی(جدول 5.1). بزرگی سدر این جدول بر حسب MJ/m3 و kcal/m3 آورده شده است، زیرا 1 کیلو کالری = 4.1868 کیلوژول اغلب به عنوان واحد گرما استفاده می شود.

جدول 5.1

ارزش حرارتی گاز سوخت های مختلف

ماده

استیلن

س

ماده قابل اشتعال مایع یا جامد

به عنوان مثال، اجازه دهید ارزش حرارتی الکل اتیلیک C 2 H 5 OH را محاسبه کنیم، که گرمای احتراق برای آن برابر است. . ارزش کالری= 1373.3 کیلوژول بر مول.

بیایید وزن مولکولی اتیل الکل را مطابق با فرمول شیمیایی آن (C 2 H 5 OH ) تعیین کنیم:

M = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1∙1 = 46 گرم در مول.

بیایید ارزش حرارتی 1 کیلوگرم الکل اتیلیک را تعیین کنیم:

ارزش حرارتی هر ماده قابل احتراق مایع و جامد به طور مشابه تعیین می شود. در جدول 5.2 و 5.3 مقادیر کالری را نشان می دهد س(MJ/kg و kcal/kg) برای برخی مایعات و جامدات.

جدول 5.2

ارزش حرارتی سوخت های مایع

ماده

متیل الکل

اتانول

نفت کوره، نفت

س

جدول 5.3

ارزش حرارتی سوخت جامد

ماده

درخت تازه است

چوب خشک

زغال سنگ قهوه ای

ذغال سنگ نارس خشک

آنتراسیت، کک

س

فرمول مندلیف

اگر ارزش حرارتی سوخت ناشناخته باشد، می توان آن را با استفاده از فرمول تجربی پیشنهاد شده توسط D.I محاسبه کرد. مندلیف. برای انجام این کار، باید ترکیب عنصری سوخت (فرمول معادل سوخت)، یعنی درصد محتوای موجود در آن را بدانید.:

عناصر زیر

اکسیژن (O)؛

هیدروژن (H)؛

کربن (C)؛

گوگرد (S)؛

خاکستر (A)؛

آب (W). محصولات احتراق سوخت همیشه حاویبخار آب

، هم به دلیل وجود رطوبت در سوخت و هم در حین احتراق هیدروژن ایجاد می شود. محصولات احتراق زباله از یک کارخانه صنعتی در دمای بالاتر از نقطه شبنم خارج می شوند. بنابراین گرمایی که در حین تراکم بخار آب آزاد می شود نمی تواند استفاده مفیدی داشته باشد و نباید در محاسبات حرارتی مورد توجه قرار گیرد. معمولاً از ارزش حرارتی خالص برای محاسبه استفاده می شود Q n سوخت، که تلفات حرارتی با بخار آب را در نظر می گیرد. برای سوخت جامد و مایع ارزش Q n

سوخت، که تلفات حرارتی با بخار آب را در نظر می گیرد. برای سوخت جامد و مایع ارزش=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

(MJ/kg) تقریباً با فرمول مندلیف تعیین می شود:

این فرمول گرمای واکنش‌های احتراق گرمازا کربن، هیدروژن و گوگرد (با علامت مثبت) را در نظر می‌گیرد. اکسیژن موجود در سوخت تا حدی جایگزین اکسیژن در هوا می شود، بنابراین عبارت مربوطه در فرمول (5.1) با علامت منفی گرفته می شود. هنگامی که رطوبت تبخیر می شود، گرما مصرف می شود، بنابراین عبارت مربوطه حاوی W نیز با علامت منفی گرفته می شود.

مقایسه داده های محاسبه شده و تجربی در مورد ارزش حرارتی سوخت های مختلف (چوب، ذغال سنگ نارس، زغال سنگ، نفت) نشان داد که محاسبه با استفاده از فرمول مندلیف (5.1) خطای بیش از 10٪ را نمی دهد.

ارزش کالری خالص سوخت، که تلفات حرارتی با بخار آب را در نظر می گیرد. برای سوخت جامد و مایع ارزش(MJ/m3) گازهای قابل احتراق خشک را می توان با دقت کافی به عنوان مجموع محصولات ارزش حرارتی اجزای جداگانه و درصد آنها در 1 متر مکعب سوخت گازی محاسبه کرد.

سوخت، که تلفات حرارتی با بخار آب را در نظر می گیرد. برای سوخت جامد و مایع ارزش= 0.108 [Н 2 ] + 0.126 [СО] + 0.358 [СН 4 ] + 0.5 [С 2 Н 2 ] + 0.234 [Н 2 S ]…، (5.2)

که در آن درصد (حجمی %) محتوای گازهای مربوطه در مخلوط در پرانتز نشان داده شده است.

به طور متوسط، ارزش حرارتی گاز طبیعی تقریباً 53.6 MJ/m3 است. در گازهای قابل احتراق مصنوعی تولید شده، محتوای متان CH4 ناچیز است. اجزای اصلی قابل اشتعال هیدروژن H2 و مونوکسید کربن CO هستند. به عنوان مثال، در گاز کوره کک، محتوای H2 به (55 ÷ 60)٪ می رسد، و ارزش حرارتی کمتر چنین گازی به 17.6 MJ/m3 می رسد. گاز ژنراتور حاوی CO ~ 30٪ و H 2 ~ 15٪ است، در حالی که ارزش حرارتی کمتر گاز ژنراتور است. سوخت، که تلفات حرارتی با بخار آب را در نظر می گیرد. برای سوخت جامد و مایع ارزش= (5.2÷6.5) MJ/m3. محتوای CO و H 2 در گاز کوره بلند کمتر است. بزرگی سوخت، که تلفات حرارتی با بخار آب را در نظر می گیرد. برای سوخت جامد و مایع ارزش= (4.0÷4.2) MJ/m 3.

بیایید به مثال هایی از محاسبه ارزش حرارتی مواد با استفاده از فرمول مندلیف نگاه کنیم.

اجازه دهید ارزش حرارتی زغال سنگ را تعیین کنیم که ترکیب عنصری آن در جدول آورده شده است. 5.4.

جدول 5.4

ترکیب عنصری زغال سنگ

· بیایید موارد داده شده در جدول را جایگزین کنیم. داده های 5.4 در فرمول مندلیف (5.1) (نیتروژن N و خاکستر A در این فرمول گنجانده نشده است، زیرا آنها مواد بی اثر هستند و در واکنش احتراق شرکت نمی کنند):

سوخت، که تلفات حرارتی با بخار آب را در نظر می گیرد. برای سوخت جامد و مایع ارزش=0.339∙37.2+1.025∙2.6+0.1085∙0.6–0.1085∙12–0.025∙40=13.04 MJ/kg.

اجازه دهید مقدار هیزم مورد نیاز برای گرم کردن 50 لیتر آب از 10 درجه سانتیگراد تا 100 درجه سانتیگراد را تعیین کنیم، در صورتی که 5٪ از گرمای آزاد شده در حین احتراق برای گرمایش مصرف شود و ظرفیت گرمایی آب با=1 کیلوکالری/(کیلوگرم درجه) یا 1868/4 کیلوژول/(کیلوگرم درجه). ترکیب عنصری هیزم در جدول آورده شده است. 5.5:

جدول 5.5

ترکیب عنصری هیزم

بیایید ارزش حرارتی هیزم را با استفاده از فرمول مندلیف (5.1) پیدا کنیم:

سوخت، که تلفات حرارتی با بخار آب را در نظر می گیرد. برای سوخت جامد و مایع ارزش=0.339∙43+1.025∙7–0.1085∙41–0.025∙7= 17.12 MJ/kg.

بیایید مقدار گرمای صرف شده برای گرم کردن آب هنگام سوزاندن 1 کیلوگرم هیزم را تعیین کنیم (با در نظر گرفتن این واقعیت که 5٪ از گرمای آزاد شده در هنگام احتراق (a = 0.05) صرف گرم کردن آن می شود):

س 2 = a سوخت، که تلفات حرارتی با بخار آب را در نظر می گیرد. برای سوخت جامد و مایع ارزش= 0.05 · 17.12 = 0.86 MJ/kg.

· مقدار هیزم مورد نیاز برای گرم کردن 50 لیتر آب از 10 درجه سانتیگراد تا 100 درجه سانتیگراد را تعیین می کنیم:

کیلوگرم

بنابراین برای گرم کردن آب حدود 22 کیلوگرم هیزم لازم است.

ماده

جدول 4. گرمای ویژه احتراق برخی از مواد

از مقادیر داده شده مشخص است که در حین احتراق مقدار زیادی گرما آزاد می شود، بنابراین از واحدهای اندازه گیری (مگاژول) و (گیگاژول) استفاده می شود.

برای محاسبه مقدار گرمای آزاد شده در هنگام احتراق سوخت از فرمول زیر استفاده می شود:

در اینجا: - جرم سوخت (کیلوگرم)، - گرمای ویژه احتراق سوخت ().

در خاتمه، متذکر می شویم که بیشتر سوخت مورد استفاده بشریت با استفاده از آن ذخیره می شود انرژی خورشیدی. زغال سنگ، نفت، گاز - همه اینها بر روی زمین به دلیل تأثیر خورشید شکل گرفت (شکل 4).

برنج. 4. تشکیل سوخت

در درس بعدی در مورد قانون بقا و تبدیل انرژی در فرآیندهای مکانیکی و حرارتی صحبت خواهیم کرد.

فهرست کنیدادبیات

  1. Gendenshtein L.E.، Kaidalov A.B.، Kozhevnikov V.B. / اد. Orlova V.A., Roizena I.I. فیزیک 8. - M.: Mnemosyne.
  2. پریشکین A.V. فیزیک 8. - M.: Bustard، 2010.
  3. Fadeeva A.A.، Zasov A.V.، Kiselev D.F. فیزیک 8. - م.: اشراق.
  1. پورتال اینترنتی "festival.1september.ru" ()
  2. پورتال اینترنتی “school.xvatit.com” ()
  3. پورتال اینترنتی "stringer46.narod.ru" ()

مشق شب



 


بخوانید:



حسابداری تسویه حساب با بودجه

حسابداری تسویه حساب با بودجه

حساب 68 در حسابداری در خدمت جمع آوری اطلاعات در مورد پرداخت های اجباری به بودجه است که هم به هزینه شرکت کسر می شود و هم ...

کیک پنیر از پنیر در یک ماهیتابه - دستور العمل های کلاسیک برای کیک پنیر کرکی کیک پنیر از 500 گرم پنیر دلمه

کیک پنیر از پنیر در یک ماهیتابه - دستور العمل های کلاسیک برای کیک پنیر کرکی کیک پنیر از 500 گرم پنیر دلمه

مواد لازم: (4 وعده) 500 گرم. پنیر دلمه 1/2 پیمانه آرد 1 تخم مرغ 3 قاشق غذاخوری. ل شکر 50 گرم کشمش (اختیاری) کمی نمک جوش شیرین...

سالاد مروارید سیاه با آلو سالاد مروارید سیاه با آلو

سالاد

روز بخیر برای همه کسانی که برای تنوع در رژیم غذایی روزانه خود تلاش می کنند. اگر از غذاهای یکنواخت خسته شده اید و می خواهید لطفا...

دستور العمل لچو با رب گوجه فرنگی

دستور العمل لچو با رب گوجه فرنگی

لچوی بسیار خوشمزه با رب گوجه فرنگی مانند لچوی بلغاری که برای زمستان تهیه می شود. اینگونه است که ما 1 کیسه فلفل را در خانواده خود پردازش می کنیم (و می خوریم!). و من چه کسی ...

فید-تصویر RSS