Günümüzde insanlar yakıta son derece bağımlıdır. Evlerin ısıtılması, pişirilmesi, ekipmanların çalıştırılması ve Araçlar. Kullanılan yakıtların çoğu hidrokarbonlardır. Verimliliklerini değerlendirmek için spesifik yanma ısısı değerleri kullanılır. Gazyağı nispeten etkileyici bir göstergeye sahiptir. Bu özelliğinden dolayı roket ve uçak motorlarında kullanılmaktadır.

Özellikleri nedeniyle roket motorlarında gazyağı kullanılır.

Özellikler, üretim ve uygulama

Gazyağı tarihi 2 bin yıldan daha eskiye dayanıyor ve Arap bilim adamlarının yağı ayrı bileşenlere damıtmak için bir yöntem bulmasıyla başlıyor. Resmi olarak 1853 yılında Kanadalı doktor Abraham Gesner'in şeffaf madde çıkarmak için bir yöntem geliştirip patentini almasıyla keşfedildi. yanıcı sıvı bitüm ve yağlı şistten.

İlkini deldikten sonra petrol kuyusu 1859'da petrol, gazyağının ana hammaddesi haline geldi. Lambalarda yaygın kullanımı nedeniyle onlarca yıldır petrol rafinasyonunun önemli bir ürünü olarak kabul edildi. Sadece elektriğin ortaya çıkışı aydınlatma açısından önemini azalttı. Otomobillerin popüler hale gelmesiyle gazyağı üretimi de düştü.- bu durum benzinin bir petrol ürünü olarak önemini önemli ölçüde artırdı. Ancak bugün dünyanın birçok yerinde ısıtma ve aydınlatma amacıyla gazyağı kullanılıyor ve modern jet yakıtı da aynı ürün ancak daha kaliteli.

Araba kullanımının artmasıyla birlikte gazyağının popülaritesi düştü

Gazyağı - hafif berrak sıvı, kimyasal olarak bir karışım organik bileşikler. Bileşimi büyük ölçüde ham maddeye bağlıdır, ancak kural olarak her molekül 10 ila 16 karbon atomu içeren bir düzine farklı hidrokarbondan oluşur. Gazyağı benzine göre daha az uçucudur. Yüzeye yakın yanıcı buharlar yaydıkları gazyağı ve benzinin karşılaştırmalı yanma sıcaklıkları sırasıyla 38 ve -40°C'dir.

Bu özellik, gazyağının depolama, kullanım ve taşıma açısından nispeten güvenli bir yakıt olarak değerlendirilmesine olanak sağlar. Kaynama noktasına (150 ila 350°C) bağlı olarak, ham petrolün orta damıtıklarından biri olarak sınıflandırılır.

Gazyağı düz üretim yöntemiyle, yani yağdan fiziksel olarak ayrıştırılarak, damıtma yoluyla veya kullanılarak elde edilebilir. kimyasal ayrışmaçatlama işleminin bir sonucu olarak daha ağır fraksiyonlar.

Yakıt olarak kerosenin özellikleri

Yanma, maddelerin ısı açığa çıkmasıyla şiddetli oksidasyonu sürecidir. Kural olarak reaksiyon, havada bulunan oksijeni içerir. Hidrokarbonların yanması sırasında aşağıdaki ana yanma ürünleri oluşur:

• karbondioksit;
• su buharı;
• is.

Yakıtın yanması sırasında ortaya çıkan enerji miktarı, yakıtın türüne, yanma koşullarına, kütlesine veya hacmine bağlıdır. Enerji joule veya kalori cinsinden ölçülür. Spesifik (madde miktarının ölçüm birimi başına) Kalorifik değer, bir birim yakıtın yakılmasıyla elde edilen enerjidir:

• molar (örneğin, J/mol);
• kütle (örneğin, J/kg);
• hacimsel (örneğin, kcal/l).

Çoğu durumda gaz, sıvı ve katı yakıtları değerlendirmek için J/kg cinsinden ifade edilen kütle kalorifik değeri göstergesiyle çalışırlar.

Yanma ısısının değeri, yanma sırasında suyla meydana gelen işlemlerin dikkate alınıp alınmadığına bağlı olacaktır. Nemin buharlaşması enerji yoğun bir süreçtir ve bu buharların yoğunlaşması sırasında ısı transferinin dikkate alınması da sonucu etkileyebilir.

Yoğuşan buharın sisteme enerji döndürmesinden önce yapılan ölçümlerin sonucuna alt ısıl değer, buharın yoğunlaşmasından sonra elde edilen değere ise yüksek ısı denir. Hidrokarbon motorlar egzozdaki su buharının ek enerjisini kullanamaz, bu nedenle net gösterge motor üreticileri için geçerlidir ve referans kitaplarında daha sık bulunur.

Çoğu zaman, kalorifik değer belirtilirken hangi miktarın kastedildiği belirtilmez, bu da karışıklığa neden olabilir. Rusya Federasyonu'nda alt olanı belirtmenin geleneksel olduğunu bilmek yardımcı olur.

Daha düşük kalorifik değer – önemli gösterge

Bazı yakıtlar için, yanma sırasında su üretmediklerinden net ve brüt enerji olarak bölünmenin bir anlam ifade etmediğini belirtmek gerekir. Hidrokarbon içeriği yüksek olduğundan bu durum kerosen için geçerli değildir. Nispeten düşük yoğunlukta (780 kg/m³ ile 810 kg/m³ arasında) kalorifik değeri dizel yakıtınkine benzer ve:

• en düşük - 43,1 MJ/kg;
• en yüksek - 46,2 MJ/kg.

Diğer yakıt türleriyle karşılaştırma

Söz konusu gösterge, yakıtta bulunan potansiyel ısı miktarını değerlendirmek için çok uygundur. Örneğin, benzinin birim kütle başına kalorifik değeri keroseninkiyle karşılaştırılabilir, ancak birincisi çok daha yoğundur. Sonuç olarak aynı karşılaştırmada bir litre benzin daha az enerji içermektedir.

Özgül ısı Petrolün hidrokarbon karışımı olarak yanması, farklı alanlara göre değişen yoğunluğuna bağlıdır (43-46 MJ/kg). Hesaplama yöntemleri izin verir yüksek doğruluk bileşimi hakkında ilk veriler varsa bu değeri belirleyin.

Petrolü oluşturan bazı yanıcı sıvı türleri için ortalama göstergeler şu şekildedir (MJ/kg cinsinden):

• dizel yakıt - 42-44;
• benzin - 43-45;
• gazyağı - 43-44.

Turba ve kömür gibi katı yakıtların kalori içeriği daha geniş bir aralığa sahiptir. Bunun nedeni, bileşimlerinin hem yanıcı olmayan maddelerin içeriğinde hem de hidrokarbonların kalori içeriğinde büyük ölçüde değişebilmesidir. Örneğin turbanın kalorifik değeri çeşitli türler 8-24 MJ/kg, kömür ise 13-36 MJ/kg arasında dalgalanabilmektedir. Yaygın gazlar arasında hidrojenin yüksek kalorifik değeri vardır - 120 MJ/kg. Bir sonraki en yüksek özgül yanma ısısı metandır (50 MJ/kg).

Gazyağının, düşük fiyata nispeten yüksek enerji yoğunluğu nedeniyle tam da zamana meydan okuyan bir yakıt olduğunu söyleyebiliriz. Kullanımı yalnızca ekonomik açıdan haklı değildir, aynı zamanda bazı durumlarda alternatif yoktur.

Çoğu zaman, seçim yaparken yakıtın kalorifik değeri dikkate alınır. ısıtma cihazları evler ve evler için, bir daire için ısıtma sistemlerini seçerken. Bu parametre, otomobiller için yakıt sistemlerini seçerken de önemlidir (sıvı yakıttan gaza veya elektriğe geçerken).

Şu anda birçok bilimsel kuruluşun, araştırma enstitüsünün, laboratuvarın ve hatta uzman şirketin bu parametreyi artırabilecek ve yanma sırasında açığa çıkan enerjinin daha optimum şekilde kullanılmasına izin verebilecek sistemler geliştirdiğini belirtmekte fayda var. Bu genellikle kurulumun verimliliğini artırarak elde edilir.

Böyle bir parametrenin varlığı şundan kaynaklanmaktadır: farklı türler tahsis etmek farklı miktarlar Endüstriyel tesisler ve kazan daireleri için özellikle önemli olan yanma işlemi sırasında ısı (enerji) seçimi nedeniyle optimal tip endüstriyel tesislerin işletilmesinde önemli miktarda finansal kaynak tasarrufu sağlayacaktır.

Aşağıda yakıtın kalorifik değerinin bir tanımını vereceğiz, yakıtın özgül yanma ısısının ne olduğunu tartışacağız ve bazı enerji kaynaklarının (yakacak odun, kömür, petrol ürünlerinin özgül yanma ısısı) değerlerini vereceğiz.

Kalorifik değerin altında çeşitli türler Enerji kaynakları, bir birim yakıt malzemesi yakıldığında ne kadar termal enerji (kilokalori) çıkacağını anlar. Bu parametreyi belirlemek için kalorimetre adı verilen özel bir cihaz kullanılır. Başka bir cihaz daha var - kalorimetrik bir bomba.

Ölçme cihazlarında bir birim yakıt malzemesi suyu ısıtarak su buharına neden olur. Daha sonra buhar yoğunlaşarak tamamen sıvı hale gelir ve buna yoğuşma adı verilir. Bu durumda buhar, termal enerjiyi tamamen ölçüm cihazına aktarır. Ancak böyle bir yöntemin dezavantajı ölçüm aletleri bu mu termal enerji Yakıtın yanması sırasında ortaya çıkan gazın tamamı ölçülmez. Bunun nedeni, buharlaşma sırasında termal enerji miktarının yoğunlaşma sırasındaki miktardan daha fazla olmasıdır. Bu, açığa çıkan enerjinin tamamının ölçülmesini imkansız hale getirir. Cihazların dezavantajları arasında, yapıldıkları malzemelerin idealden daha düşük termal iletkenliği yer alır ve bu da gerçek yanma oranını azaltır. Bu kriterler laboratuvar araştırmaları için oldukça önemlidir ancak pratik amaçlarla ölçüm yapılırken ihmal edilirler. Endüstriyel tesislerin işletilmesinde bu kayıplar verimden dolayı artar (%100 değil).

Bu durumda kalorimetrik bombada (ölçüm işleminin kalorimetreye göre daha doğru olduğu) elde edilen göstergelere yakıt malzemesinin en yüksek kalorifik değeri denir.

Kalorimetre göstergeleri yakıtın en düşük kalorifik değeridir ve H ve W'nin belirli bir yakıt malzemesi biriminde bulunan hidrojen ve nem miktarı olduğu en yüksek değer olan 600x(9H+W)/100'den farklıdır. Hesaplamalarda Amerikan standartlarına göre en yüksek değerin kullanıldığı, metrik sistem kullanan ülkeler için ise en düşük değerin kullanıldığı unutulmamalıdır. Şu anda geçişle ilgili bir soru var metrik sistem en yüksek göstergeye, çünkü bazı bilim adamları tarafından daha optimal olarak kabul ediliyor.

Farklı yakıt malzemesi türleri için değerler

Çoğu zaman birçok kişi, belirli bir enerji taşıyıcı türü için yakıtın spesifik yanma ısısının değeriyle ilgilenir ve çoğu zaman insanlar yakacak odunun kalorifik değeriyle ilgilenir. Bu özellikle önemli hale geldi son zamanlarda evlerde klasik soba modasının başladığı dönem. Yakacak odunun kalorifik değeri farklı ırklar ahşap değişir, genellikle ortalama değer verilir. Aşağıdaki yakıt malzemesi türlerine ait değerler aşağıda verilmiştir:

1. Yakacak odunun (huş, iğne yapraklı) kalorifik değeri ortalama 14,5-15,5 MJ/kg'dır. Kahverengi kömür aynı ısı transfer oranına sahiptir.
2. Kömürün ısı transferi 22 MJ/kg'dır.
3. Turba için bu değer 8-15 MJ/kg arasında değişmektedir.
4. anlamı yakıt briketleri 18,5-21 MJ/kg aralığındadır.
5. Verilen gaz konut binaları 45,5 MJ/kg göstergesine sahiptir.
6. Şişelenmiş gaz (propan-bütan) için bu rakam 36 MJ/kg'dır.
7. Dizel yakıtın göstergesi 42,8 MJ/kg'dır.
8. İçin farklı markalar benzinin değeri 42-45 MJ/kg arasında değişmektedir.

Belirli değerler

Bir takım yakıt malzemeleri için spesifik yanma değerleri hesaplanmıştır. Bunlar, bir birimin yanması sonucu üretilen termal enerji miktarını gösteren fiziksel büyüklüklerdir. Genellikle kilogram (veya metreküp) başına joule cinsinden ölçülür. ABD'de değerler kilogram başına kalori cinsinden verilmektedir. Bu katsayılar ısı transferidir. Bir laboratuvarda ölçülürler ve ardından veriler kamuya açık özel tablolara girilir. Bir enerji kaynağının ısı transferi (yakıtın yanması sonucu ortaya çıkan ısı) ne kadar yüksek olursa, yakıtın o kadar verimli olduğu kabul edilir. Yani aynı verimde aynı tesisatta ısı transfer değeri yüksek olan yakıtın tüketimi daha az olacaktır.

Yakıtın özgül yanma ısısı neredeyse her zaman tasarım hesaplamalarında kullanılır (tasarım yaparken) çeşitli ekipmanlar) ve ayrıca belirlerken ısıtma sistemleri ve ev, daire, yazlık vb. için ekipmanlar.

5. YANMA ISI DENGESİ

Gaz, sıvı ve yanma işleminin ısı dengesini hesaplamak için yöntemleri ele alalım. katı yakıtlar. Hesaplama aşağıdaki problemlerin çözümüne indirgenir.

· Yakıtın yanma ısısının (kalorifik değer) belirlenmesi.

· Teorik yanma sıcaklığının belirlenmesi.

5.1. YANMA ISI

Kimyasal reaksiyonlara ısının salınması veya emilmesi eşlik eder. Isı açığa çıktığında reaksiyona ekzotermik, ısı emildiğinde ise endotermik denir. Tüm yanma reaksiyonları ekzotermiktir ve yanma ürünleri ekzotermik bileşiklerdir.

Kimyasal bir reaksiyon sırasında açığa çıkan (veya emilen) ısıya reaksiyon ısısı denir. Ekzotermik reaksiyonlarda pozitif, endotermik reaksiyonlarda negatiftir. Yanma reaksiyonuna her zaman ısı salınımı eşlik eder. Yanma ısısı Q g(J/mol), bir mol maddenin tamamen yanması ve yanıcı bir maddenin tam yanma ürünlerine dönüşümü sırasında açığa çıkan ısı miktarıdır. Mol, bir maddenin miktarının temel SI birimidir. Bir mol, 12 g karbon-12 izotopundaki atom sayısıyla aynı sayıda parçacık (atom, molekül vb.) içeren madde miktarıdır. 1 mol'e eşit bir miktar maddenin kütlesi (moleküler veya molar kütle) sayısal olarak belirli bir maddenin bağıl moleküler kütlesine karşılık gelir.

Örneğin oksijenin (O2) bağıl molekül ağırlığı 32'dir, karbondioksit(CO2) 44'tür ve karşılık gelen molekül ağırlıkları M = 32 g/mol ve M = 44 g/mol olacaktır. Böylece, bir mol oksijen bu maddeden 32 gram içerir ve bir mol C02, 44 gram karbondioksit içerir.

İÇİNDE teknik hesaplamalar En sık kullanılan yanma ısısı değildir. Q g ve yakıtın kalorifik değeri Q(J/kg veya J/m3). Bir maddenin kalorifik değeri, 1 kg veya 1 m3 maddenin tamamen yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarıdır. Sıvı ve katılar hesaplama 1 kg başına ve gazlı olanlar için - 1 m3 başına yapılır.

Yanma ısısı ve yakıtın kalorifik değeri bilgisi, yanma veya patlama sıcaklığını, patlama basıncını, alev yayılma hızını ve diğer özellikleri hesaplamak için gereklidir. Q Yakıtın kalorifik değeri deneysel olarak veya hesaplama yoluyla belirlenir. Kalorifik değeri deneysel olarak belirlerken, belirli bir katı veya sıvı yakıt kütlesi kalorimetrik bir bombada ve gaz yakıt durumunda bir gaz kalorimetresinde yakılır. Bu aletler toplam ısıyı ölçer 0 tartım yakıt numunesinin yanması sırasında salınır M . Kalorifik değer Q g

formülle bulunur
Yanma ısısı ile ısı arasındaki ilişki

yakıtın kalorifik değeri

Yanma ısısı ile bir maddenin kalorifik değeri arasında bir bağlantı kurmak için yanmanın kimyasal reaksiyonunun denklemini yazmak gerekir.

Karbonun tamamen yanması sonucu ortaya çıkan ürün karbondioksittir:

C+O2 →CO2.

Hidrojenin tamamen yanmasının ürünü sudur:

2H 2 +O 2 →2H 2 O.

Kükürtün tamamen yanmasının ürünü kükürt dioksittir:

S +O2 →S02.

Bu durumda nitrojen, halojenler ve diğer yanıcı olmayan elementler serbest halde açığa çıkar.

Yanıcı madde - gaz . Kalorifik değer=882.6 .

Örnek olarak, yanma ısısının eşit olduğu metan CH4'ün kalorifik değerini hesaplayalım. · Metanın moleküler ağırlığını buna göre belirleyelim. kimyasal formül

(CH 4):

M=1∙12+4∙1=16 g/mol. · Belirleyelim kalorifik değer

1 kg metan:

.

· Normal şartlarda yoğunluğunun ρ=0,717 kg/m3 olduğunu bilerek 1 kg metanın hacmini bulalım:

· 1 m 3 metanın kalorifik değerini belirleyelim: gaz halindeki maddeler(Tablo 5.1). Büyüklük Q Bu tabloda MJ/m3 ve kcal/m3 cinsinden verilmiştir, çünkü ısı birimi olarak sıklıkla 1 kcal = 4,1868 kJ kullanılır.

Tablo 5.1

Gazın kalorifik değeri farklı yakıtlar

Yanıcı bir madde sıvı veya sağlam

Örnek olarak, yanma ısısı olan etil alkol C 2 H 5 OH'nin kalorifik değerini hesaplayalım. . Kalorifik değer= 1373,3 kJ/mol.

· Etil alkolün molekül ağırlığını kimyasal formülüne (C 2 H 5 OH) göre belirleyelim:

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

1 kg etil alkolün kalorifik değerini belirleyelim:

Herhangi bir sıvı ve katı yanıcı maddenin kalorifik değeri benzer şekilde belirlenir. Tabloda 5.2 ve 5.3 kalorifik değerleri göstermektedir Q(MJ/kg ve kcal/kg) bazı sıvılar ve katılar için.

Tablo 5.2

Sıvı yakıtların kalorifik değeri

Tablo 5.3

Katı yakıtların kalorifik değeri

Mendeleev'in formülü

Yakıtın kalorifik değeri bilinmiyorsa, D.I. tarafından önerilen ampirik formül kullanılarak hesaplanabilir. Mendeleev. Bunu yapmak için yakıtın elementel bileşimini (eşdeğer yakıt formülü), yani içindeki içeriğin yüzdesini bilmeniz gerekir.:

aşağıdaki unsurlar

Oksijen (O);

Hidrojen (H);

Karbon (C);

Kükürt (S);

Küller (A);

Su (W). Yakıt yanma ürünleri her zaman şunları içerir: su buharı

hem yakıttaki nemin varlığı nedeniyle hem de hidrojenin yanması sırasında oluşmuştur. Atık yanma ürünleri endüstriyel tesisten çiğlenme noktasının üzerindeki bir sıcaklıkta çıkar. Bu nedenle su buharının yoğunlaşması sırasında açığa çıkan ısı, yararlı bir şekilde kullanılamaz ve ısıl hesaplamalarda dikkate alınmamalıdır. Net kalorifik değer genellikle hesaplama için kullanılır Qn su buharı ile ısı kayıplarını dikkate alan yakıt. Katı ve sıvı yakıtlar için değer Qn

su buharı ile ısı kayıplarını dikkate alan yakıt. Katı ve sıvı yakıtlar için değer=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

(MJ/kg) yaklaşık olarak Mendeleev formülüyle belirlenir:

Bu formül, karbon, hidrojen ve kükürtün (artı işaretli) ekzotermik yanma reaksiyonlarının ısısını dikkate alır. Yakıtın içerdiği oksijen kısmen havadaki oksijenin yerini alır, dolayısıyla formül (5.1)'deki karşılık gelen terim eksi işaretiyle alınır. Nem buharlaştığında ısı tüketilir, dolayısıyla W içeren karşılık gelen terim de eksi işaretiyle alınır.

Farklı yakıtların (odun, turba, kömür, petrol) kalorifik değerlerine ilişkin hesaplanan ve deneysel verilerin karşılaştırılması, Mendeleev formülü (5.1) kullanılarak yapılan hesaplamanın% 10'u aşmayan bir hata verdiğini gösterdi.

Net kalorifik değer su buharı ile ısı kayıplarını dikkate alan yakıt. Katı ve sıvı yakıtlar için değer Kuru yanıcı gazların (MJ/m3) miktarı, tek tek bileşenlerin kalorifik değerlerinin çarpımlarının toplamı ve bunların 1 m3 gazlı yakıt içindeki yüzde içeriği olarak yeterli doğrulukla hesaplanabilir.

su buharı ile ısı kayıplarını dikkate alan yakıt. Katı ve sıvı yakıtlar için değer= 0,108[Н 2 ] + 0,126[СО] + 0,358[СН 4 ] + 0,5[С 2 Н 2 ] + 0,234[Н 2 S]…, (5,2)

karışımdaki karşılık gelen gazların yüzdesi (% hacim) parantez içinde gösterilir.

Doğal gazın kalorifik değeri ortalama 53,6 MJ/m3 civarındadır. Yapay olarak üretilen yanıcı gazlarda metan CH4 içeriği önemsizdir. Ana yanıcı bileşenler hidrojen H2 ve karbon monoksit CO'dur. Örneğin kok fırını gazında H2 içeriği %(55 ÷ 60)'e ulaşır ve bu gazın alt kalorifik değeri 17,6 MJ/m3'e ulaşır. Jeneratör gazı CO ~%30 ve H2~%15 içerirken, jeneratör gazının alt kalorifik değeri su buharı ile ısı kayıplarını dikkate alan yakıt. Katı ve sıvı yakıtlar için değer= (5,2÷6,5) MJ/m3. Yüksek fırın gazındaki CO ve H2 içeriği daha düşüktür; büyüklük su buharı ile ısı kayıplarını dikkate alan yakıt. Katı ve sıvı yakıtlar için değer= (4,0÷4,2) MJ/m3.

Mendeleev formülünü kullanarak maddelerin kalorifik değerini hesaplama örneklerine bakalım.

Elementel bileşimi tabloda verilen kömürün kalorifik değerini belirleyelim. 5.4.

Tablo 5.4

Kömürün elementel bileşimi

· Tabloda verilenleri yerine yazalım. Mendeleev formülündeki (5.1) 5.4 verileri (azot N ve kül A, inert maddeler oldukları ve yanma reaksiyonuna katılmadıkları için bu formüle dahil edilmemiştir):

su buharı ile ısı kayıplarını dikkate alan yakıt. Katı ve sıvı yakıtlar için değer=0,339∙37,2+1,025∙2,6+0,1085∙0,6–0,1085∙12–0,025∙40=13,04 MJ/kg.

Yanma sırasında açığa çıkan ısının %5'i ısıtma için harcanıyorsa, 50 litre suyu 10°C'den 100°C'ye ısıtmak için gereken yakacak odun miktarını ve suyun ısı kapasitesini hesaplayalım. İle=1 kcal/(kg∙derece) veya 4,1868 kJ/(kg∙derece). Yakacak odunun elementel bileşimi tabloda verilmiştir. 5.5:

Tablo 5.5

Yakacak odunun elementel bileşimi