Günümüzde insanlar aşırı derecede yakıta bağımlıdır. Onsuz, konutların ısıtılması, yemek pişirme, ekipmanın çalıştırılması ve Araç. Kullanılan yakıtların çoğu hidrokarbonlardır. Etkinliğini değerlendirmek için, özgül yanma ısısının değerleri kullanılır. Gazyağı nispeten etkileyici bir göstergeye sahiptir. Bu özelliğinden dolayı roket ve uçak motorlarında kullanılmaktadır.

Özellikleri nedeniyle roket motorlarında gazyağı kullanılır.

Özellikler, elde etme ve uygulama

Gazyağının tarihi 2 bin yıldan daha eskiye gider ve Arap bilim adamlarının petrolü tek tek bileşenlere damıtmak için bir yöntem bulmasıyla başlar. 1853'te Kanadalı doktor Abraham Gesner'in şeffaf sıvıları çıkarmak için bir yöntem geliştirip patentini aldığında resmen keşfedildi. yanıcı sıvı bitüm ve petrol şeyl.

İlk sondajdan sonra petrol kuyusu 1859'da petrol, kerosenin ana hammaddesi oldu. Lambalarda yaygın kullanımı nedeniyle, onlarca yıldır petrol arıtma endüstrisinin temel unsuru olarak kabul edildi. Sadece elektriğin gelişi aydınlatma için önemini azalttı. Otomobillerin popülaritesi arttıkça gazyağı üretimi de düştü.- bu durum benzinin bir petrol ürünü olarak önemini önemli ölçüde artırdı. Ancak bugün dünyanın birçok yerinde gazyağı ısıtma ve aydınlatma için kullanılmaktadır ve modern jet yakıtı aynı ürün ancak daha kalitelidir.

Araba kullanımının artmasıyla gazyağı popülaritesi düştü

Gazyağı - hafif temiz sıvı kimyasal olarak bir karışım olan organik bileşikler. Bileşimi büyük ölçüde hammaddeye bağlıdır, ancak kural olarak, her biri 10 ila 16 karbon atomu içeren bir düzine farklı hidrokarbondan oluşur. Gazyağı benzinden daha az uçucudur. Yüzeye yakın yanıcı buharlar çıkardıkları gazyağı ve benzinin karşılaştırmalı tutuşma sıcaklıkları sırasıyla 38 ve -40°C'dir.

Bu özellik, gazyağı depolama, kullanım ve nakliye açısından nispeten güvenli bir yakıt olarak değerlendirmeyi mümkün kılmaktadır. Kaynama noktasına göre (150 ila 350°C), ham petrolün orta distilatlarından biri olarak sınıflandırılır.

Gazyağı düz olarak elde edilebilir, yani fiziksel olarak yağdan damıtılarak veya kullanılarak kimyasal ayrışmaçatlama işleminin bir sonucu olarak daha ağır fraksiyonlar.

Yakıt olarak kerosenin özellikleri

Yanma, ısı salınımı ile maddelerin hızlı oksidasyon sürecidir. Kural olarak, havada bulunan oksijen reaksiyona katılır. Hidrokarbonların yanması sırasında aşağıdaki ana yanma ürünleri oluşur:

• karbon dioksit;
• su buharı;
• kurum.

Bir yakıtın yanması sırasında üretilen enerji miktarı, türüne, yanma koşullarına, kütlesine veya hacmine bağlıdır. Enerji, joule veya kalori cinsinden ölçülür. Spesifik (madde miktarının ölçü 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 olarak ifade edilen kütlesel yanma ısısının bir göstergesi ile çalışırlar.

Kalorifik değerin değeri, yanma sırasında suyla meydana gelen süreçlerin dikkate alınıp alınmadığına bağlı olacaktır. Nemin buharlaşması enerji yoğun bir süreçtir, ve bu buharların yoğuşması sırasındaki ısı transferi de hesaba katılması sonucu etkileyebilir.

Yoğuşan buhar sisteme enerji vermeden önce yapılan ölçümlerin sonucuna düşük kalorifik değer, buharların yoğunlaşmasından sonra elde edilen rakama ise yüksek kalorifik değer denir. Hidrokarbon motorları, egzozdaki su buharının ek enerjisini kullanamaz, bu nedenle net rakam motor üreticileri için geçerlidir ve referans kitaplarında daha sık bulunur.

Çoğu zaman, kalorifik değeri belirtirken, hangi miktarların kastedildiğini belirtmezler, bu da kafa karışıklığına neden olabilir. Rusya Federasyonu'nda geleneksel olarak en düşük olanı belirtmenin geleneksel olduğunu bilmek, gezinmeye yardımcı olur.

Net kalorifik değer - önemli gösterge

Bazı yakıt türleri için, yanma sırasında su oluşturmadıkları için net ve brüt enerjiye bölünmenin mantıklı olmadığı belirtilmelidir. Gazyağı ile ilgili olarak, içindeki hidrokarbon içeriği yüksek olduğu için bu önemsizdir. Nispeten düşük yoğunluklu (780 kg/m³ ile 810 kg/m³ arası) kalorifik değeri dizel yakıtınkine benzer ve:

• en düşük - 43.1 MJ / kg;
• en yüksek - 46.2 MJ / kg.

Diğer yakıt türleri ile karşılaştırma

Bu gösterge, yakıtta bulunan potansiyel ısı miktarını tahmin etmek için çok uygundur. Örneğin, birim kütle başına benzinin kalorifik değeri gazyağı ile karşılaştırılabilir, ancak birincisi çok daha yoğundur. Sonuç olarak aynı karşılaştırmada bir litre benzin daha az enerji içerir.

Özısı petrolün bir hidrokarbon karışımı olarak yanması, farklı alanlar için sabit olmayan (43-46 MJ/kg) yoğunluğuna bağlıdır. Hesaplama yöntemleri ile izin verir yüksek hassasiyet bileşimi hakkında ilk veriler varsa bu değeri belirleyin.

Yağı oluşturan bazı yanıcı sıvı türleri için ortalama göstergeler şöyle görünür (MJ / kg olarak):

• 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 içeriği hem de hidrokarbonların kalorifik değeri açısından büyük ölçüde değişebilmesidir. Örneğin, turbanın kalorifik değeri çeşitli tipler 8-24 MJ/kg ve kömür - 13-36 MJ/kg arasında dalgalanabilir. Yaygın gazlar arasında, hidrojenin yüksek bir kalorifik değeri vardır - 120 MJ / kg. Özgül yanma ısısı açısından bir sonraki adım metandır (50 MJ/kg).

Gazyağı, düşük bir fiyata nispeten yüksek enerji yoğunluğu nedeniyle tam olarak zamana karşı koyan bir yakıt olduğunu söyleyebiliriz. Kullanımı sadece ekonomik olarak haklı olmakla kalmaz, aynı zamanda bazı durumlarda alternatif de yoktur.

Oldukça sık, yakıtın kalorifik değeri, seçim yaparken dikkate alınır. ısıtma cihazları evler ve yazlıklar için, bir daire için ısıtma sistemleri seçerken. Bu parametre, otomobiller için yakıt sistemleri seçerken de önemlidir (sıvı yakıttan gaz veya elektriğe geçerken).

Şu anda birçok bilimsel kuruluşun, araştırma enstitüsünün, laboratuvarın ve hatta uzmanlaşmış şirketlerin bu parametreyi artırabilecek ve yanma sırasında açığa çıkan enerjinin daha optimal kullanımına izin verebilecek sistemler geliştirdiğini belirtmek gerekir. Bu genellikle kurulumun verimliliğini artırarak elde edilir.

Böyle bir parametrenin varlığı, farklı şekiller tahsis etmek farklı miktarÖzellikle endüstriyel tesisler ve kazan daireleri için önemli olan yanma sürecinde ısı (enerji) seçimi optimum görüş endüstriyel tesislerin işletilmesi konusunda önemli miktarda finansal kaynak tasarrufu sağlayacaktır.

Aşağıda, yakıtın kalorifik değerinin tanımı verilecek, yakıtın özgül yanma ısısının ne olduğu ve bazı enerji kaynaklarının (yakacak odun, kömür, petrolün özgül yanma ısısı) değerleri ele alınacaktır. ürünler) verilmektedir.

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

Ölçüm cihazlarında su bir birim yakıt malzemesi ile ısıtılır ve bunun sonucunda su buharı elde edilir. Ayrıca, buhar yoğunlaşır ve tamamen yoğuşma adı verilen sıvı bir duruma geçer. Bu durumda buhar, ölçüm cihazına tamamen termal enerji verir. Ancak, böyle bir dezavantaj ölçü aletleri bu mu Termal enerji Yakıtın yanması sırasında ortaya çıkan, hepsi ölçülmez. Bunun nedeni, buharlaşma sırasında termal enerji miktarının yoğuşma sırasında olduğundan daha büyük olmasıdır. Bu, salınan enerjinin tamamını ölçmeyi imkansız hale getirir. Cihazların dezavantajları, yapıldıkları malzemelerin ideal olmayan termal iletkenliğini içerir, bu da gerçek yanma oranını da azaltır. Bu kriterler laboratuvar çalışmaları için oldukça önemlidir, ancak pratik amaçlar için ölçümlerde ihmal edilirler. Endüstriyel tesislerin işletilmesi sırasında verimlilikten dolayı bu kayıplar artar (%100 değil).

Aynı zamanda, bir kalorimetrik bombada (ölçüm işleminin bir kalorimetreden daha doğru olduğu) elde edilen göstergelere, yakıt malzemesinin kalorifik değerinin en yüksek değeri denir.

Kalorimetre göstergeleri, yakıtın en yüksek değerinden 600x(9H + W)/100 oranında farklılık gösteren en düşük kalorifik değeridir; burada H ve W, belirli bir yakıt malzemesi biriminde bulunan hidrojen ve nem miktarıdır. Amerikan standartlarına göre hesaplamalar için en yüksek değerin ve metrik sisteme sahip ülkeler için en düşük değerin kullanıldığı unutulmamalıdır. Şu anda geçişle ilgili bir soru var metrik sistemi bir dizi bilim insanı tarafından daha optimal olarak kabul edildiğinden, en yüksek göstergeye.

Farklı yakıt malzemesi türleri için değerler

Çoğu zaman, birçok insan belirli bir enerji taşıyıcı türü için yakıtın özgül yanma ısısının değeriyle ilgilenirken, çoğu zaman insanlar yakacak odunun kalorifik değeriyle ilgilenir. Bu özellikle doğru oldu son zamanlar evlerde klasik soba modası geçtiğinde. Yakacak odunun kalorifik değeri farklı ırklar odun farklıdır, genellikle ortalama değer verilir. Aşağıdaki yakıt malzemesi türleri için değerler aşağıdadır:

1. Yakacak odunun (huş, iğne yapraklı) kalorifik değeri ortalama 14.5-15.5 MJ/kg'dır. Kahverengi kömür aynı ısı transfer oranına sahiptir.
2. Taş kömürünün ısı transferi 22 MJ/kg'dır.
3. Turba için bu değer 8-15 MJ/kg arasında değişmektedir.
4. için anlamı yakıt briketleri 18.5-21 MJ/kg aralığındadır.
5. Verilen gaz Konut inşaatları, 45,5 MJ/kg göstergeye sahiptir.
6. Şişelenmiş gaz (propan-bütan) için rakam 36 MJ / kg'dır.
7. Dizel yakıtın 42.8 MJ / kg göstergesi vardır.
8. İçin farklı markalar benzin değeri 42-45 MJ/kg arasında değişmektedir.

Belirli değerler

Bir takım yakıt malzemeleri için spesifik yanma değerleri hesaplanmıştır. Bunlar, bir birimin yanmasından kaynaklanan termal enerji miktarını gösteren fiziksel niceliklerdir. Genellikle kilogram (veya metreküp) başına joule cinsinden ölçülür. ABD'de değerler kilogram başına kalori cinsinden verilir. Bu katsayılar ısı transferidir. Laboratuvarda ölçülürler, ardından veriler kamuya açık özel tablolara girilir. Bir enerji kaynağının ısı transferi (yakıtın yanmasını sağlayan ısı) ne kadar yüksekse, yakıt o kadar verimli kabul edilir. Yani bir verimlilik faktörü ile aynı tesisatta, ısı transfer değeri daha yüksek olan yakıt için tüketim daha düşük olacaktır.

Yakıtın özgül yanma ısısı neredeyse her zaman tasarım hesaplamalarında kullanılır (tasarım yaparken çeşitli ekipman) ve ayrıca belirlenirken ısıtma sistemleri ve evler, apartmanlar, kulübeler vb. için ekipman.

5. YANMA TERMAL DENGESİ

Gaz, sıvı ve gazların yanma sürecinin ısı dengesini hesaplama yöntemlerini düşünün. katı yakıtlar. Hesaplama, aşağıdaki problemlerin çözümüne indirgenmiştir.

· 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, emildiğinde ise endotermik olarak adlandırılır. Tüm yanma reaksiyonları ekzotermiktir ve yanma ürünleri ekzotermik bileşiklerdir.

Bir kimyasal 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 tam yanması ve yanıcı bir maddenin tam yanma ürünlerine dönüştürülmesi sırasında açığa çıkan ısı miktarıdır. Köstebek, bir maddenin miktarı için temel SI birimidir. Bir mol, 12 g karbon-12 izotopundaki atomlarla aynı sayıda parçacık (atom, molekül vb.) içeren bir madde miktarıdır. 1 mol (moleküler veya molar kütle) sayısal olarak verilen maddenin bağıl moleküler ağırlığı ile çakışır.

Örneğin, oksijenin (O 2) bağıl moleküler ağırlığı 32'dir, karbon dioksit(CO 2), 44'e eşittir ve karşılık gelen moleküler ağırlıklar, M = 32 g/mol ve M = 44 g/mol'e eşit olacaktır. Böylece, bir mol oksijen bu maddeden 32 gram içerir ve bir mol CO2, 44 gram karbondioksit içerir.

AT teknik hesaplamalar daha yaygın olarak kullanılan yanma ısısı değildir Q g ve yakıtın kalorifik değeri Q(J / kg veya J / m 3). Bir maddenin kalorifik değeri, bir maddenin 1 kg veya 1 m3'ünün tam yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarıdır. sıvı için ve katılar hesaplama 1 kg'da ve gaz halinde - 1 m3'te yapılır.

Yanma veya patlama sıcaklığı, patlama basıncı, alev yayılma hızı ve diğer özellikleri hesaplamak için yanma ısısı ve yakıtın kalorifik değeri bilgisi gereklidir. Yakıtın kalorifik değeri ya deneysel olarak ya da hesaplama ile belirlenir. Kalorifik değerin deneysel olarak belirlenmesinde, belirli bir katı veya sıvı yakıt kütlesi kalorimetrik bir bombada ve gaz halindeki yakıt durumunda bir gaz kalorimetresinde yakılır. Bu cihazlar toplam ısıyı ölçer Q 0 , bir yakıt numunesinin yanması sırasında salınan tartım m. Kalorifik değer Q g formüle göre bulunur

Yanma ısısı ile yanma ısısı arasındaki ilişki
yakıt kalorifik değeri

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

Karbonun tam yanmasının ürünü karbondioksittir:

C + O2 → CO2.

Hidrojenin tam yanmasının ürünü sudur:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O.

Kükürtün tamamen yanması ürünü kükürt dioksittir:

S + O 2 → SO 2.

Aynı zamanda azot, halojenürler ve diğer yanıcı olmayan elementler serbest biçimde salınır.

yanıcı gaz

Örnek olarak, yanma ısısının eşit olduğu metan CH 4'ün kalorifik değerini hesaplayacağız. Q g=882.6 .

Metanın moleküler ağırlığını aşağıdakilere göre belirleyin: kimyasal formül(CH 4):

М=1∙12+4∙1=16 g/mol.

tanımlayalım kalorifik değer 1 kg metan:

Normal koşullar altında yoğunluğunu ρ=0.717 kg/m3 bilerek 1 kg metanın hacmini bulalım:

.

1 m3 metanın kalorifik değerini belirleyin:

Herhangi bir yanıcı gazın kalorifik değeri benzer şekilde belirlenir. Birçok yaygın madde için kalorifik değerler ve kalorifik değerler yüksek doğrulukla ölçülmüştür ve ilgili referans literatüründe verilmiştir. Bazı gaz halindeki maddelerin kalorifik değeri için bir değerler tablosu verelim (Tablo 5.1). Değer Q bu tabloda MJ/m3 ve kcal/m3 olarak verilmiştir, çünkü 1 kcal = 4.1868 kJ genellikle ısı birimi olarak kullanılır.

Tablo 5.1

Gaz halindeki kalori değeri farklı yakıtlar

yanıcı sıvı veya sağlam

Örnek olarak, yanma ısısının olduğu etil alkol C 2 H 5 OH'nin kalorifik değerini hesaplayacağız. Q g= 1373.3 kJ/mol.

Etil alkolün moleküler ağırlığını kimyasal formülüne (C2H 5OH) göre belirleyin:

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

1 kg etil alkolün kalorifik değerini belirleyin:

Herhangi bir sıvı ve katı yanıcı maddenin kalorifik değeri benzer şekilde belirlenir. Masada. 5.2 ve 5.3 kalorifik değerleri gösterir Q(MJ/kg ve kcal/kg) bazı sıvı ve katı maddeler 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. Mendeleyev. Bunu yapmak için, yakıtın temel bileşimini (yakıtın eşdeğer formülü), yani yüzdesini bilmeniz gerekir. sıradaki maddeler:

Oksijen (O);

hidrojen (H);

Karbon (C);

Kükürt (S);

Küller (A);

Su (W).

Yakıtların yanma ürünleri her zaman şunları içerir: su buharı, hem yakıtta nem bulunması nedeniyle hem de hidrojenin yanması sırasında oluşur. Yanma atık ürünleri, endüstriyel tesisi çiğ noktası sıcaklığının üzerindeki bir sıcaklıkta terk eder. Bu nedenle su buharının yoğuşması sırasında açığa çıkan ısı faydalı bir şekilde kullanılamaz ve ısıl hesaplarda dikkate alınmamalıdır.

Net kalorifik değer genellikle hesaplama için kullanılır. Sn su buharı ile ısı kayıplarını hesaba katan yakıt. Katı ve sıvı yakıtlar için değer Sn(MJ / kg) yaklaşık olarak Mendeleev formülü ile belirlenir:

Sn=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

burada yakıt bileşimindeki karşılık gelen elementlerin yüzdesi (kütle %) içeriği parantez içinde gösterilir.

Bu formül, karbon, hidrojen ve sülfürün ekzotermik yanma reaksiyonlarının ısısını (artı işaretli) hesaba katar. Yakıtın bir parçası olan oksijen, kısmen havadaki oksijenin yerini alır, bu nedenle 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, yağ) kalorifik değerlerine ilişkin hesaplanan ve deneysel verilerin karşılaştırılması, Mendeleev formülüne (5.1) göre yapılan hesaplamanın %10'u aşmayan bir hata verdiğini göstermiştir.

Net kalorifik değer Sn(MJ / m 3) kuru yanıcı gazlar, tek tek bileşenlerin kalorifik değerinin ürünlerinin toplamı ve bunların 1 m3 gaz yakıt içindeki yüzdesi olarak yeterli doğrulukla hesaplanabilir.

Sn= 0.108[H 2 ] + 0.126[СО] + 0.358[CH 4 ] + 0.5[С 2 H2 ] + 0.234[H 2 S ]…, (5.2)

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

Doğal gazın ortalama kalorifik değeri yaklaşık 53,6 MJ/m3'tür. Yapay olarak üretilen yanıcı gazlarda CH4 metan içeriği önemsizdir. Ana yanıcı bileşenler hidrojen H2 ve karbon monoksit CO'dur. Örneğin kok fırını gazında H2 içeriği (55 ÷ 60) %'ye ulaşır ve bu gazın net kalorifik değeri 17.6 MJ/m3'e ulaşır. Jeneratör gazında CO ~ %30 ve H2 ~ %15 içeriği, jeneratör gazının net kalorifik değeri ise Sn= (5.2÷6.5) MJ/m 3 . Yüksek fırın gazında CO ve H2 içeriği daha azdır; büyüklük Sn= (4.0÷4.2) MJ/m 3 .

Mendeleev formülünü kullanarak maddelerin kalorifik değerini hesaplama örneklerini düşünün.

Tabloda elementel bileşimi verilen kömürün kalorifik değerini belirleyelim. 5.4.

Tablo 5.4

Kömürün elementel bileşimi

Sekmede verilenleri yerine koyalım. 5.4 Mendeleev formülündeki (5.1) veriler (azot N ve kül A, inert maddeler oldukları ve yanma reaksiyonuna katılmadıkları için bu formüle dahil edilmemiştir):

Sn=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 ısıtmaya harcanıyorsa 50 litre suyu 10°C'den 100°C'ye ısıtmak için gereken yakacak odun miktarını ve suyun ısı kapasitesini belirleyelim. ile\u003d 1 kcal / (kg ∙ derece) veya 4.1868 kJ / (kg ∙ derece). Yakacak odunun elementel bileşimi Tablo'da verilmiştir. 5.5:

Tablo 5.5

Yakacak odunun temel bileşimi