Aujourd’hui, les gens sont extrêmement dépendants du carburant. Chauffage des logements, cuisine, fonctionnement des équipements et véhicules. La plupart des carburants utilisés sont des hydrocarbures. Pour évaluer leur efficacité, des valeurs de chaleur spécifique de combustion sont utilisées. Le kérosène a un indicateur relativement impressionnant. En raison de cette qualité, il est utilisé dans les moteurs de fusées et d’avions.

En raison de ses propriétés, le kérosène est utilisé dans les moteurs de fusée

Propriétés, production et application

L'histoire du kérosène remonte à plus de 2 mille ans et commence lorsque des scientifiques arabes ont mis au point une méthode pour distiller le pétrole en composants individuels. Il a été officiellement découvert en 1853, lorsque le médecin canadien Abraham Gesner a développé et breveté une méthode d'extraction du transparent. liquide inflammableà partir de bitume et de schiste bitumineux.

Après avoir percé le premier puits de pétrole en 1859, le pétrole devient la principale matière première du kérosène. En raison de son utilisation répandue dans les lampes, il a été considéré pendant des décennies comme un produit majeur du raffinage du pétrole. Seul l'avènement de l'électricité a réduit son importance pour l'éclairage. La production de kérosène a également chuté à mesure que les automobiles devenaient plus populaires.- cette circonstance a considérablement accru l'importance de l'essence en tant que produit pétrolier. Cependant, aujourd’hui, dans de nombreuses régions du monde, le kérosène est utilisé pour le chauffage et l’éclairage, et le carburéacteur moderne est le même produit, mais de meilleure qualité.

Avec l’augmentation de l’utilisation des voitures, la popularité du kérosène a chuté

Kérosène - léger liquide clair, chimiquement un mélange composés organiques. Sa composition dépend en grande partie de la matière première, mais elle est généralement constituée d'une douzaine d'hydrocarbures différents, chaque molécule contenant de 10 à 16 atomes de carbone. Le kérosène est moins volatil que l'essence. Les températures de combustion comparatives du kérosène et de l’essence, auxquelles ils émettent des vapeurs inflammables près de la surface, sont respectivement de 38 et -40°C.

Cette propriété permet de considérer le kérosène comme un carburant relativement sûr du point de vue du stockage, de l'utilisation et du transport. Sur la base de son point d'ébullition (150 à 350°C), il est classé parmi les distillats dits moyens du pétrole brut.

Le kérosène peut être obtenu par la méthode de distillation directe, c'est-à-dire physiquement séparé du pétrole, par distillation ou en utilisant décomposition chimique fractions plus lourdes en raison du processus de craquage.

Caractéristiques du kérosène comme carburant

La combustion est le processus d'oxydation violente de substances avec dégagement de chaleur. En règle générale, la réaction implique l’oxygène contenu dans l’air. Lors de la combustion des hydrocarbures, les principaux produits de combustion suivants se forment :

• dioxyde de carbone;
• vapeur d'eau;
• suie.

La quantité d'énergie générée lors de la combustion du carburant dépend de son type, des conditions de combustion, de sa masse ou de son volume. L'énergie est mesurée en joules ou en calories. Spécifique (par unité de mesure de la quantité de substance) Le pouvoir calorifique est l'énergie obtenue en brûlant une unité de combustible :

• molaire (par exemple, J/mol) ;
• masse (par exemple, J/kg) ;
• volumétrique (par exemple, kcal/l).

Dans la plupart des cas, pour évaluer les combustibles gazeux, liquides et solides, ils fonctionnent avec l'indicateur du pouvoir calorifique massique, exprimé en J/kg.

La valeur de la chaleur de combustion dépendra de la prise en compte ou non des processus se produisant avec l'eau lors de la combustion. L'évaporation de l'humidité est un processus gourmand en énergie, et la prise en compte des transferts de chaleur lors de la condensation de ces vapeurs peut également affecter le résultat.

Le résultat des mesures prises avant que la vapeur condensée ne renvoie de l'énergie au système est appelé pouvoir calorifique inférieur, et la valeur obtenue après la condensation de la vapeur est appelée chaleur supérieure. Les moteurs à hydrocarbures ne peuvent pas utiliser l'énergie supplémentaire de la vapeur d'eau dans les gaz d'échappement, c'est pourquoi l'indicateur net est pertinent pour les constructeurs automobiles et se retrouve plus souvent dans les ouvrages de référence.

Souvent, lors de l'indication du pouvoir calorifique, il n'est pas précisé de quelle quantité il s'agit, ce qui peut prêter à confusion. Il est utile de savoir qu'en Fédération de Russie, il est de tradition d'indiquer le chiffre inférieur.

Pouvoir calorifique inférieur – indicateur important

Il convient de noter que pour certains combustibles, la division entre énergie nette et énergie brute n’a pas de sens, car ils ne produisent pas d’eau lors de leur combustion. Ceci n'est pas pertinent pour le kérosène, car sa teneur en hydrocarbures est élevée. D'une densité relativement faible (entre 780 kg/m³ et 810 kg/m³) son pouvoir calorifique est similaire à celui du gazole et est :

• le plus bas - 43,1 MJ/kg ;
• le plus élevé - 46,2 MJ/kg.

Comparaison avec d'autres types de carburant

L'indicateur considéré est très pratique pour évaluer la quantité potentielle de chaleur contenue dans le carburant. Par exemple, le pouvoir calorifique de l’essence par unité de masse est comparable à celui du kérosène, mais le premier est beaucoup plus dense. En conséquence, dans la même comparaison, un litre d’essence contient moins d’énergie.

Chaleur spécifique La combustion du pétrole en tant que mélange d'hydrocarbures dépend de sa densité, qui est variable selon les différents gisements (43-46 MJ/kg). Les méthodes de calcul permettent haute précision déterminer cette valeur s'il existe des données initiales sur sa composition.

Les indicateurs moyennés pour certains types de liquides inflammables qui composent l'huile ressemblent à ceci (en MJ/kg) :

• carburant diesel - 42-44;
• essence - 43-45;
• kérosène - 43-44.

La teneur en calories des combustibles solides, tels que la tourbe et le charbon, varie davantage. Cela est dû au fait que leur composition peut varier considérablement tant dans la teneur en substances incombustibles que dans la teneur calorique des hydrocarbures. Par exemple, le pouvoir calorifique de la tourbe différents types peut fluctuer entre 8 et 24 MJ/kg et le charbon entre 13 et 36 MJ/kg. Parmi les gaz courants, l’hydrogène a un pouvoir calorifique élevé – 120 MJ/kg. La deuxième chaleur spécifique de combustion la plus élevée est le méthane (50 MJ/kg).

On peut dire que le kérosène est un carburant qui a résisté à l'épreuve du temps précisément en raison de son intensité énergétique relativement élevée à un prix bas. Son utilisation est non seulement économiquement justifiée, mais dans certains cas, il n’existe pas d’alternative.

Assez souvent, le pouvoir calorifique du carburant est pris en compte lors du choix appareils de chauffage pour les maisons et les chalets, lors du choix des systèmes de chauffage pour un appartement. Ce paramètre est également important lors du choix des systèmes de carburant pour voitures (lors du passage du carburant liquide au gaz ou à l'électricité).

Il convient de noter qu'à l'heure actuelle, de nombreux organismes scientifiques, instituts de recherche, laboratoires et même entreprises spécialisées développent des systèmes capables d'augmenter ce paramètre et de permettre une utilisation plus optimale de l'énergie libérée lors de la combustion. Ceci est généralement réalisé en augmentant l'efficacité de l'installation.

La présence d’un tel paramètre est due au fait que différents types allouer différentes quantités chaleur (énergie) pendant le processus de combustion, ce qui est particulièrement important pour les installations industrielles et les chaufferies, car la sélection type optimal permettra d'économiser une quantité importante de ressources financières sur le fonctionnement des installations industrielles.

Ci-dessous, nous donnerons une définition du pouvoir calorifique du combustible, discuterons de ce qu'est la chaleur spécifique de combustion du combustible et donnerons les valeurs de certaines ressources énergétiques (chaleur spécifique de combustion du bois de chauffage, du charbon, des produits pétroliers).

Sous pouvoir calorifique différents types Les ressources énergétiques comprennent la quantité d'énergie thermique (kilocalories) qui sera produite lorsqu'une unité de matériau combustible est brûlée. Pour déterminer ce paramètre, un appareil spécial est utilisé, appelé calorimètre. Il existe un autre appareil : une bombe calorimétrique.

Dans les instruments de mesure, une unité de matériau combustible chauffe l’eau, ce qui produit de la vapeur d’eau. Ensuite, la vapeur se condense et passe complètement à l’état liquide, appelé condensation. Dans ce cas, la vapeur transfère entièrement l'énergie thermique à l'appareil de mesure. Cependant, l'inconvénient d'un tel instruments de mesure est-ce que énergie thermique, qui sort lors de la combustion du carburant, n'est pas entièrement mesuré. Cela est dû au fait que lors de la vaporisation, la quantité d'énergie thermique est plus importante que lors de la condensation. Cela rend impossible la mesure de toute l’énergie libérée. Les inconvénients de ces appareils incluent la conductivité thermique loin d'être idéale des matériaux à partir desquels ils sont fabriqués, ce qui réduit également le taux de combustion réel. Ces critères sont très importants pour la recherche en laboratoire, mais ils sont négligés lors des mesures à des fins pratiques. Lors de l'exploitation d'installations industrielles, ces pertes augmentent en raison du rendement (et non de 100 %).

Dans ce cas, les indicateurs obtenus dans une bombe calorimétrique (où le processus de mesure est plus précis que dans un calorimètre) sont appelés pouvoir calorifique le plus élevé du matériau combustible.

Les indicateurs calorimétriques représentent le pouvoir calorifique le plus bas du carburant, qui diffère de la valeur la plus élevée 600x(9H+W)/100, où H et W sont la quantité d'hydrogène et d'humidité contenue dans une unité d'un matériau combustible spécifique. Il convient de rappeler que selon les normes américaines, la valeur la plus élevée est utilisée pour les calculs, et pour les pays dotés du système métrique, la valeur la plus basse est utilisée. En ce moment, il y a une question sur la transition système métriqueà l'indicateur le plus élevé, car il est reconnu par un certain nombre de scientifiques comme plus optimal.

Valeurs pour différents types de matériaux combustibles

Souvent, de nombreuses personnes s'intéressent à la valeur de la chaleur spécifique de combustion du combustible pour un type particulier de vecteur énergétique, et bien souvent, elles s'intéressent au pouvoir calorifique du bois de chauffage. Ceci est devenu particulièrement important dans dernièrement quand la mode des poêles classiques dans les maisons a commencé. Le pouvoir calorifique du bois de chauffage est différentes races le bois varie, la valeur moyenne est souvent donnée. Vous trouverez ci-dessous les valeurs pour les types de combustibles suivants :

1. Le pouvoir calorifique du bois de chauffage (bouleau, conifère) est en moyenne de 14,5 à 15,5 MJ/kg. Le lignite a le même taux de transfert de chaleur.
2. Le transfert thermique du charbon est de 22 MJ/kg.
3. Cette valeur pour la tourbe varie de 8 à 15 MJ/kg.
4. Signification pour briquettes de combustible se situe entre 18,5 et 21 MJ/kg.
5. Le gaz fourni à bâtiments résidentiels, a un indicateur de 45,5 MJ/kg.
6. Pour le gaz en bouteille (propane-butane), le chiffre est de 36 MJ/kg.
7. Le carburant diesel a un indicateur de 42,8 MJ/kg.
8. Pour différentes marques la valeur de l’essence varie de 42 à 45 MJ/kg.

Valeurs spécifiques

Des valeurs de combustion spécifiques ont été calculées pour un certain nombre de matériaux combustibles. Il s'agit de grandeurs physiques qui montrent la quantité d'énergie thermique générée par la combustion d'une unité. Généralement mesuré en joules par kilogramme (ou mètre cube). Aux États-Unis, les valeurs sont données en calories par kilogramme. Ces coefficients sont le transfert de chaleur. Ils sont mesurés en laboratoire, après quoi les données sont saisies dans des tableaux spéciaux accessibles au public. Plus le transfert de chaleur d’une ressource énergétique (la chaleur produite par la combustion d’un carburant) est élevé, plus le carburant est considéré comme efficace. Autrement dit, dans la même installation avec le même rendement, la consommation sera inférieure pour le combustible ayant une valeur de transfert thermique plus élevée.

La chaleur spécifique de combustion du carburant est presque toujours utilisée dans les calculs de conception (lors de la conception divers équipements), ainsi que pour déterminer systèmes de chauffage et équipements pour la maison, l'appartement, le chalet, etc.

5. BILAN THERMIQUE DE LA COMBUSTION

Considérons les méthodes de calcul du bilan thermique du processus de combustion des gaz, des liquides et combustibles solides. Le calcul revient à résoudre les problèmes suivants.

· Détermination de la chaleur de combustion (pouvoir calorifique) du carburant.

· Détermination de la température théorique de combustion.

5.1. CHALEUR DE COMBUSTION

Les réactions chimiques s'accompagnent d'un dégagement ou d'une absorption de chaleur. Lorsque de la chaleur est libérée, la réaction est dite exothermique et lorsque la chaleur est absorbée, elle est dite endothermique. Toutes les réactions de combustion sont exothermiques et les produits de combustion sont des composés exothermiques.

La chaleur dégagée (ou absorbée) lors d’une réaction chimique est appelée chaleur de réaction. Dans les réactions exothermiques, il est positif, dans les réactions endothermiques, il est négatif. La réaction de combustion s'accompagne toujours d'un dégagement de chaleur. Chaleur de combustion Q g(J/mol) est la quantité de chaleur libérée lors de la combustion complète d'une mole d'une substance et de la transformation d'une substance combustible en produits de combustion complète. La taupe est l’unité SI de base de quantité d’une substance. Une mole est la quantité de substance qui contient le même nombre de particules (atomes, molécules, etc.) qu’il y a d’atomes dans 12 g d’isotope du carbone 12. La masse d'une quantité de substance égale à 1 mole (moléculaire ou masse molaire) coïncide numériquement avec la masse moléculaire relative d'une substance donnée.

Par exemple, le poids moléculaire relatif de l'oxygène (O 2) est de 32, dioxyde de carbone(CO 2) est de 44, et les poids moléculaires correspondants seront M = 32 g/mol et M = 44 g/mol. Ainsi, une mole d'oxygène contient 32 grammes de cette substance et une mole de CO 2 contient 44 grammes de dioxyde de carbone.

DANS calculs techniques Ce n'est pas la chaleur de combustion qui est utilisée le plus souvent Q g, et le pouvoir calorifique du carburant Q(J/kg ou J/m 3). Le pouvoir calorifique d'une substance est la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète de 1 kg ou 1 m 3 d'une substance. Pour liquide et solides le calcul est effectué pour 1 kg, et pour les gazeux - pour 1 m 3.

La connaissance de la chaleur de combustion et du pouvoir calorifique du combustible est nécessaire pour calculer la température de combustion ou d'explosion, la pression d'explosion, la vitesse de propagation de la flamme et d'autres caractéristiques. Q Le pouvoir calorifique du carburant est déterminé soit expérimentalement, soit par calcul. Lors de la détermination expérimentale du pouvoir calorifique, une masse donnée de combustible solide ou liquide est brûlée dans une bombe calorimétrique et, dans le cas d'un combustible gazeux, dans un calorimètre à gaz. Ces instruments mesurent la chaleur totale 0 libéré lors de la combustion d'un échantillon de carburant pesant m . Pouvoir calorifique Q g

se trouve par la formule
La relation entre la chaleur de combustion et

pouvoir calorifique du carburant

Pour établir un lien entre la chaleur de combustion et le pouvoir calorifique d'une substance, il est nécessaire d'écrire l'équation de la réaction chimique de combustion.

Le produit de la combustion complète du carbone est le dioxyde de carbone :

C+O2 →CO2.

Le produit de la combustion complète de l’hydrogène est de l’eau :

2H 2 +O 2 →2H 2 O.

Le produit de la combustion complète du soufre est le dioxyde de soufre :

S + O 2 → SO 2.

Dans ce cas, l'azote, les halogènes et autres éléments incombustibles sont libérés sous forme libre.

Substance combustible - gaz . Pouvoir calorifique=882.6 .

A titre d'exemple, calculons le pouvoir calorifique du méthane CH 4, pour lequel la chaleur de combustion est égale à · Déterminons le poids moléculaire du méthane en fonction de son formule chimique

(CH4) :

M=1∙12+4∙1=16 g/mol. · Déterminons pouvoir calorifique

1 kg de méthane :

.

· Trouvons le volume de 1 kg de méthane, connaissant sa densité ρ=0,717 kg/m3 dans des conditions normales :

· Déterminons le pouvoir calorifique de 1 m 3 de méthane : substances gazeuses(Tableau 5.1). Ampleur Q dans ce tableau est donné en MJ/m 3 et en kcal/m 3, puisque 1 kcal = 4,1868 kJ est souvent utilisé comme unité de chaleur.

Tableau 5.1

Pouvoir calorifique du gaz différents carburants

Une substance inflammable est un liquide ou solide

A titre d'exemple, calculons le pouvoir calorifique de l'alcool éthylique C 2 H 5 OH, pour lequel la chaleur de combustion est . Pouvoir calorifique= 1373,3 kJ/mol.

· Déterminons le poids moléculaire de l'alcool éthylique selon sa formule chimique (C 2 H 5 OH) :

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

Déterminons le pouvoir calorifique de 1 kg d'alcool éthylique :

Le pouvoir calorifique de tout combustible liquide et solide est déterminé de la même manière. Dans le tableau 5.2 et 5.3 montrent les valeurs calorifiques Q(MJ/kg et kcal/kg) pour certains liquides et solides.

Tableau 5.2

Pouvoir calorifique des combustibles liquides

Tableau 5.3

Pouvoir calorifique des combustibles solides

La formule de Mendeleïev

Si le pouvoir calorifique du carburant est inconnu, il peut alors être calculé à l'aide de la formule empirique proposée par D.I. Mendeleïev. Pour ce faire, vous devez connaître la composition élémentaire du carburant (formule équivalente du carburant), c'est-à-dire sa teneur en pourcentage.:

les éléments suivants

Oxygène (O);

Hydrogène (H);

Carbone (C);

Soufre (S);

Cendres (A);

Eau (W). Les produits de combustion du carburant contiennent toujours vapeur d'eau

, formé à la fois en raison de la présence d'humidité dans le carburant et lors de la combustion de l'hydrogène. Les produits de combustion des déchets quittent une installation industrielle à une température supérieure au point de rosée. Par conséquent, la chaleur dégagée lors de la condensation de la vapeur d’eau ne peut pas être utilisée utilement et ne doit pas être prise en compte dans les calculs thermiques. Le pouvoir calorifique net est généralement utilisé pour le calcul Q n carburant, qui prend en compte les pertes de chaleur avec la vapeur d'eau. Pour les combustibles solides et liquides, la valeur Q n

carburant, qui prend en compte les pertes de chaleur avec la vapeur d'eau. Pour les combustibles solides et liquides, la valeur=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

(MJ/kg) est déterminé approximativement par la formule de Mendeleïev :

Cette formule prend en compte la chaleur des réactions de combustion exothermiques du carbone, de l'hydrogène et du soufre (avec un signe plus). L'oxygène contenu dans le carburant remplace partiellement l'oxygène de l'air, c'est pourquoi le terme correspondant dans la formule (5.1) est pris avec un signe moins. Lorsque l'humidité s'évapore, de la chaleur est consommée, donc le terme correspondant contenant W est également pris avec un signe moins.

Une comparaison des données calculées et expérimentales sur le pouvoir calorifique de différents combustibles (bois, tourbe, charbon, pétrole) a montré que le calcul selon la formule de Mendeleïev (5.1) donne une erreur ne dépassant pas 10 %.

Pouvoir calorifique net carburant, qui prend en compte les pertes de chaleur avec la vapeur d'eau. Pour les combustibles solides et liquides, la valeur(MJ/m3) de gaz combustibles secs peut être calculé avec une précision suffisante comme la somme des produits du pouvoir calorifique des composants individuels et de leur teneur en pourcentage dans 1 m3 de combustible gazeux.

carburant, qui prend en compte les pertes de chaleur avec la vapeur d'eau. Pour les combustibles solides et liquides, la valeur= 0,108[Н 2 ] + 0,126[СО] + 0,358[СН 4 ] + 0,5[С 2 Н 2 ] + 0,234[Н 2 S ]…, (5.2)

où la teneur en pourcentage (% en volume) des gaz correspondants dans le mélange est indiquée entre parenthèses.

En moyenne, le pouvoir calorifique du gaz naturel est d'environ 53,6 MJ/m 3 . Dans les gaz combustibles produits artificiellement, la teneur en méthane CH4 est insignifiante. Les principaux composants inflammables sont l'hydrogène H2 et le monoxyde de carbone CO. Dans le gaz de cokerie, par exemple, la teneur en H2 atteint (55 ÷ 60) % et le pouvoir calorifique inférieur de ce gaz atteint 17,6 MJ/m3. Le gaz générateur contient du CO ~ 30 % et du H 2 ~ 15 %, tandis que le pouvoir calorifique inférieur du gaz générateur est carburant, qui prend en compte les pertes de chaleur avec la vapeur d'eau. Pour les combustibles solides et liquides, la valeur= (5,2÷6,5) MJ/m3. La teneur en CO et H 2 des gaz de haut fourneau est plus faible ; ampleur carburant, qui prend en compte les pertes de chaleur avec la vapeur d'eau. Pour les combustibles solides et liquides, la valeur= (4,0÷4,2) MJ/m3.

Regardons des exemples de calcul du pouvoir calorifique de substances à l'aide de la formule de Mendeleïev.

Déterminons le pouvoir calorifique du charbon dont la composition élémentaire est donnée dans le tableau. 5.4.

Tableau 5.4

Composition élémentaire du charbon

· Remplaçons ceux donnés dans le tableau. 5.4 données dans la formule de Mendeleïev (5.1) (l'azote N et les cendres A ne sont pas inclus dans cette formule, car ce sont des substances inertes et ne participent pas à la réaction de combustion) :

carburant, qui prend en compte les pertes de chaleur avec la vapeur d'eau. Pour les combustibles solides et liquides, la valeur=0,339∙37,2+1,025∙2,6+0,1085∙0,6–0,1085∙12–0,025∙40=13,04 MJ/kg.

Déterminons la quantité de bois de chauffage nécessaire pour chauffer 50 litres d'eau de 10°C à 100°C, si 5% de la chaleur dégagée lors de la combustion est consommée pour le chauffage, et la capacité calorifique de l'eau Avec=1 kcal/(kg∙deg) ou 4,1868 kJ/(kg∙deg). La composition élémentaire du bois de chauffage est donnée dans le tableau. 5.5 :

Tableau 5.5

Composition élémentaire du bois de chauffage