Specifična toplina goriva. Kalorična vrijednost raznih vrsta goriva: ogrjevno drvo, ugljen, peleti, briketi

Svi znaju da potrošnja goriva igra veliku ulogu u našim životima. Gorivo se koristi u gotovo svim granama moderne industrije. Posebno se često koristi gorivo dobiveno iz nafte: benzin, kerozin, dizel gorivo i dr. Koriste se i zapaljivi plinovi (metan i drugi).

Odakle dolazi energija goriva?

Poznato je da se molekule sastoje od atoma. Da bi se bilo koja molekula (na primjer, molekula vode) podijelila na sastavne atome, potrebno je potrošiti energiju (svladati sile privlačenja atoma). Eksperimenti pokazuju da kada se atomi spoje u molekulu (to se događa kada gorivo izgara), energija se, naprotiv, oslobađa.

Dakle, pod pritiskom, povišene temperature, bez napuštanja vode i plinova, nastaje ugljen. To sugerira da je ugljen rezultat prijelaza ugljika iz plinovitog stanja u kristal. Ova se verzija temelji na činjenici da velike količine ugljika u plinovitom stanju mogu biti sadržane u utrobi Zemlje. Tijekom procesa hlađenja taloži se u obliku ugljena.

Rezerve su neravnomjerno raspoređene po zemlji: 95% se nalazi u istočnim regijama, a više od 60% njih pripada Sibiru. Glavni bazeni ugljena: Kuznetsk, Kansko-Achinsky, Pechersky, Donetsk. Rusija je na 5. mjestu u svijetu po proizvodnji ugljena. Najjednostavnije iskopavanje fosilnog ugljena poznato je od davnina i nalazimo ga u Kini i Grčkoj. Tada se ugljen počeo koristiti za proizvodnju soli, kovački zanat i grijanje doma.

Kao što znate, postoji i nuklearno gorivo, ali o tome ovdje nećemo.

Kada gorivo izgara, oslobađa se energija. Najčešće je to toplinska energija. Eksperimenti pokazuju da je količina oslobođene energije izravno proporcionalna količini izgorjelog goriva.

Postoje dva glavna načina iskopavanja ugljena: otvoreni i zatvoreni. Način vađenja ovisi o dubini stijene. Ako su ležišta duboka do 100 metara, otvoreni je način otkopavanja. Ako je dubina veća, tada se formiraju grotla, a postoje i posebni podzemni tuneli. Usput, ugljen se obično formira na dubini od 3 kilometra ili više. Ali kao rezultat kretanja Zemljinih slojeva, slojevi se dižu blizu površine ili padaju. Naslage ugljena nalaze se u slojevima i lećastim oblicima. Struktura je slojevita ili zrnasta. A prosječna debljina sloja ugljena je, na primjer, do 2 metra.

Specifična toplina izgaranja

Za izračun ove energije koristi se fizikalna veličina koja se naziva specifična toplina izgaranja goriva. Specifična toplina izgaranja goriva pokazuje koliko se energije oslobađa pri izgaranju jedinice mase goriva.

Označava se latiničnim slovom q. U SI sustavu mjerna jedinica za ovu veličinu je J/kg. Imajte na umu da svako gorivo ima svoju specifičnu toplinu izgaranja. Ova vrijednost izmjerena je za gotovo sve vrste goriva i utvrđuje se iz tablica pri rješavanju zadataka.

Ugljen nije samo mineral, on je skup spojeva visoke molekularne težine s visokim udjelom ugljika, kao i vode i hlapljivih tvari s malom količinom mineralnih nečistoća. Brojke su dane u postocima, a točan sastav ovisi o lokaciji naslaga i klimatskim uvjetima. Da bismo razumjeli kvalitetu ugljena, nekoliko važne točke. Prvo, stupanj njihove vlažnosti. Drugo, sadržaj pepela u ugljenu. Ugljen se smatra pogodnim za uporabu ako je nakon izgaranja sadržaj pepela 30% ili manji.

Primjerice, specifična toplina izgaranja benzina je 46 000 000 J/kg, petroleja isto toliko, a etilnog alkohola 27 000 000 J/kg. Nije teško razumjeti da je energija koja se oslobađa tijekom izgaranja goriva jednaka umnošku mase ovog goriva i određena toplina izgaranje goriva:

Pogledajmo primjere

Pogledajmo primjer. 10 grama etilnog alkohola izgorjelo je u alkoholnoj lampi za 10 minuta. Odredi snagu alkoholne lampe.

Za razliku od smeđeg ugljena, kamenje ne sadrži huminske kiseline u kojima se pretvaraju u ugljikohidrate. Sukladno tome, gustoća i sadržaj ugljika u njima su veći nego u smeđim. Govoreći o svojstvima, razlikuju se sljedeće vrste ugljena: sjajni, poluzatvoreni, mat i valoviti. Ugljen se prema stupnju obogaćivanja dijeli na koncentrate, prolijekove i muljeve. Koncentrati se koriste u kotlu i za proizvodnju električne energije. Proizvodi idu u metalurgiju. Postoji i klasifikacija ugljena prema veličini komada.

Glavna tehnološka svojstva ugljena su špekulacija i koks. Špekulacija je sposobnost ugljena da stvara rastaljeni ostatak kada se zagrijava. Ovo svojstvo ugljen stječe tijekom faza svog nastanka. Kovalentnost je sposobnost ugljena da pod određenim uvjetima i visokim temperaturama stvara komadiće poroznog materijala – koksa. Ovo svojstvo daje dodatnu vrijednost ugljenu. Nastankom ugljika mijenja se sadržaj ugljika u ugljenu i smanjuje količina kisika, vodika i hlapljivih tvari, a mijenja se i toplina izgaranja.

Riješenje. Nađimo količinu topline koja se oslobađa tijekom izgaranja alkohola:

Q = q*m; Q = 27 000 000 J/kg * 10 g = 27 000 000 J/kg * 0,01 kg = 270 000 J.

Nađimo snagu alkoholne lampe:

N = Q / t = 270 000 J / 10 min = 270 000 J / 600 s = 450 W.

Pogledajmo složeniji primjer. Aluminijska posuda mase m1 napunjena vodom mase m2 zagrijana je pomoću kerozinske peći od temperature t1 do temperature t2 (00C< t1 < t2

Iz ovoga slijedi klasifikacija ugljena prema marki. U kotlovnici se obično koriste dugotrajni i plinski, jer mogu gorjeti bez ventilatora. Plinovite masti i masti koriste se u industriji željeza i čelika za proizvodnju čelika i željeza. Za proizvodnju električne energije koriste se naknadno raspršivanje, siromašno i slabo sagorijevanje jer imaju visoku temperaturu izgaranja. Istodobno, njihovo izgaranje povezano je s tehnološkim poteškoćama. Područje upotrebe ugljena je vrlo opsežno, dok su ga na početku proizvodnje u Rusiji koristili uglavnom za grijanje kuća i kovački rad.

Riješenje.

Nađimo količinu topline koju prima aluminij:

Q1 = c1 * m1 * (t1 t2);

Nađimo količinu topline koju prima voda:

Q2 = c2 * m2 * (t1 t2);

Nađimo količinu topline koju primi posuda s vodom:

Nađimo količinu topline koju oslobađa izgorjeli benzin:

Q4 = Q3 / k * 100 = (Q1 + Q2) / k * 100 =

(c1 * m1 * (t1 t2) + c2 * m2 * (t1 t2)) / k * 100;

Nađimo masu izgorjelog benzina:

U današnje vrijeme mnogi kameni koriste ugljen. Na primjer, metalurška industrija. Ovdje je potrebna visoka temperatura za topljenje metala, a time i vrste ugljena kao što je koks. Kemijska industrija koristi ugljen za koks i dodatno proizvodi koksni plin iz kojeg se proizvode ugljikovodici. Pri preradi ugljikovodika dobivaju se toluen, benzen i sl. tvari koje proizvode linoleum, lakove, boje itd. ugljen se također koristi kao izvor topline.

I za stanovništvo i za proizvodnju energije u termoelektranama. Osim toga, ugljen tijekom procesa zagrijavanja proizvodi nešto čađe koja se koristi za izradu gume, tiskarske boje, tinte, plastike itd. Dakle, vraćajući se na izjavu Edwarda Martina, možemo sa sigurnošću reći da skromni izgled ugljen ni na koji način ne umanjuje njihova svojstva i korisna svojstva.

m = Q4 / q = (c1 * m1 * (t1 t2) + c2 * m2 * (t1 t2)) / k * 100 / q

Odgovor: masa izgorjelog benzina jednaka je

(c1 * m1 * (t1 t2) + c2 * m2 * (t1 t2)) / k * 100 / q.

Trebate li pomoć s učenjem?

Prethodna tema: Specifični toplinski kapacitet: izračunavanje količine topline
Sljedeća tema:   

Poznato je da je izvor energije koji se koristi u industriji, prometu, poljoprivreda, u svakodnevnom životu, je gorivo. To su ugljen, nafta, treset, ogrjevno drvo, prirodni gas itd. Pri izgaranju goriva oslobađa se energija. Pokušajmo saznati kako se energija oslobađa u ovom slučaju.

U ovom poglavlju, kruta goriva će se razmatrati u većini slučajeva ugljena. Izgaranje biomase i sličnih goriva bit će opisano u sljedećim poglavljima. Organska fosilna goriva uglavnom potječu iz pretpovijesnih biljaka koje su nakon smrti bile podvrgnute najprije biološkim procesima raspadanja, a zatim kemijskim promjenama uzrokovanim uglavnom temperaturom i pritiskom nadnaravnih slojeva. Sadržaj pređe i lukovica koje dolaze iz boca biljke ili mikroorganizma je zanemariv i samo oko 2% težine prisutno je u polju.

Prisjetimo se strukture molekule vode (slika 16, a). Sastoji se od jednog atoma kisika i dva atoma vodika. Ako je molekula vode podijeljena na atome, tada je potrebno svladati sile privlačenja između atoma, odnosno mora se izvršiti rad, a samim tim i energija. Nasuprot tome, ako se atomi spoje u molekulu, oslobađa se energija.

Korištenje goriva temelji se upravo na fenomenu oslobađanja energije pri spajanju atoma. Na primjer, atomi ugljika sadržani u gorivu spajaju se s dva atoma kisika tijekom izgaranja (slika 16, b). U tom slučaju nastaje molekula ugljičnog monoksida – ugljični dioksid i oslobađa se energija.

Elementarni sastav vozilo utvrđuje se kemijskom analizom čiji su način i postupak propisani normama. Sumpor se nalazi u svim ostalim kruta gorivačak i u loživom ulju. Njegov sadržaj u mnogim slučajevima odlučuje je li gorivo moguće, budući da jest štetni učinak za sve svoje pokazatelje kvalitete, posebno.

To pogoršava visinu. Značajno smanjuje točku rosišta dimni plinovi. To dovodi do smanjenja karakterističnih temperatura sadržaja pepela. To doprinosi samouništenju ugljena na spremnicima. Približne vrijednosti za sadržaj otvrdnutog sumpora zabilježene su u tablici.

Riža. 16. Struktura molekula:
a - voda; b - spoj atoma ugljika i dva atoma kisika u molekulu ugljičnog dioksida

Prilikom proračuna motora, inženjer treba točno znati koliko topline izgoreno gorivo može osloboditi. Da biste to učinili, potrebno je eksperimentalno odrediti koliko će se topline osloboditi tijekom potpunog izgaranja iste mase goriva različitih vrsta.

Sumpor iz goriva također se može djelomično ukloniti prije atomizacije. Postoje dva načina, fizički i kemijski. Praktična uporaba raznih kaznenih tehnologija uvjet je pod kojim se suveren izdaje u gorivu. Gravitacijsko odvajanje pirita ima prihvatljivu aktivnost samo ako je pirit u dovoljno velikim zrncima povezan s pepelom. Osim toga, pokazalo se da su magnetska ili elektrostatska separacija, kao i kombinirane toplinske i magnetske metode zagrijavanja goriva manje učinkovite.

Mogućnost kemijskog ispiranja, na primjer. soli željeza ili alkalne otopine. Učinkovitost ove metode je oko 70%. Tehnologija koja se koristi je vrlo jednostavna. Bakteriološka razdoblja su vrlo duga i manje učinkovita. Tjelesni i Kemijska svojstva.

    Fizička veličina koja pokazuje koliko se topline oslobodi pri potpunom izgaranju goriva mase 1 kg naziva se specifična toplina izgaranja goriva.

Specifična toplina izgaranja označava se slovom q. Jedinica specifične topline izgaranja je 1 J/kg.

Specifična toplina izgaranja određuje se eksperimentalno pomoću prilično složenih instrumenata.

Uglavnom je riječ o gustoći kompaktnih čestica goriva, kao i zrna. Za određivanje toplinskog kapaciteta ugljena za hlađenje, preporuča se koristiti rachet pravila. Prosječni toplinski kapacitet pare goriva izračunava se pomoću formule. I moć kalorimetrijskog pepela.

Informativne vrijednosti prosječne toplinske snage smeđeg ugljena prikazane su na slici. Riža. 1 Niskokalorična snaga smeđeg ugljena. Eksperimentalne vrijednosti pokazuju da je toplinska vodljivost ugljena povezana i s gustoćom i s geološkim starenjem. Zamagljenost izdisaja, poput plinovitih goriva, gornja je i donja granica izumiranja.

Rezultati eksperimentalnih podataka prikazani su u tablici 2.

tablica 2


Iz ove tablice se vidi da je specifična toplina izgaranja npr. benzina 4,6 10 7 J/kg.

To znači da se pri potpunom izgaranju benzina mase 1 kg oslobađa 4,6 10 7 J energije.

Ukupna količina topline Q koja se oslobađa pri izgaranju m kg goriva izračunava se formulom

Sastav pepela obično je karakteriziran njegovim kemijski sastav. Atraktivan udio pojedinih komponenti varira u relativno širokom rasponu, ne samo u gorivima različiti tipovi, ali i u ugljenu iz istog rudnika. Stoga moramo uzeti u obzir vrijednosti izravno za određenu vrstu ugljena.

Fizikalna i kemijska svojstva pepela. Obrada pepela visoke temperature u požaru, kada neke komponente kolabiraju i završe u tekućoj fazi, a većina goriva je jedno od naj važni faktori, kako sa stajališta dizajnera tako i sa stajališta operatera.

Pitanja

  1. Kolika je specifična toplina izgaranja goriva?
  2. U kojim jedinicama se mjeri specifična toplina izgaranja goriva?
  3. Što znači izraz "specifična toplina izgaranja goriva jednaka 1,4 10 7 J / kg"? Kako se izračunava količina topline koja se oslobađa pri izgaranju goriva?

Vježba 9

  1. Kolika se količina topline oslobodi pri potpunom izgaranju drvenog ugljena mase 15 kg; alkohol težine 200 g?
  2. Koliko će se topline osloboditi tijekom potpunog izgaranja ulja, čija je masa 2,5 tone; kerozin, čiji je volumen 2 litre, a gustoća 800 kg / m 3?
  3. Kad je suho drvo potpuno izgorjelo, oslobodilo se 50 000 kJ energije. Kolika je masa drva izgorjela?

Vježbajte

Koristeći tablicu 2, konstruirajte stupčasti dijagram za specifičnu toplinu izgaranja drva za ogrjev, alkohola, ulja, vodika, odabirom ljestvice na sljedeći način: širina pravokutnika je 1 ćelija, visina od 2 mm odgovara 10 J.

Uzorak zadanih dimenzija zagrijava se određenom brzinom, te se promatraju deformacije i promjene oblika i bilježi temperatura. Riža. 3 Tipične temperature. Mehanički i kemijski učinci. Čestice azbesta nošene dimnim plinovima odgovorne su za trošenje metalnih materijala, osim visokih površina i ventilatora dimnih plinova. Trošenje je neparan treći stupanj brzine, stoga je važno imati ravnomjernu raspodjelu brzina u svim izvorima dimnih plinova. Ovisno o koncentraciji abraziva i njihovoj abrazivnosti, on je linearan.

Najnoviji materijali u odjeljku:

Sadnja češnjaka prije zime mora se obaviti u strogo određenim rokovima Kalijev permanganat ili kalijev permanganat
Sadnja češnjaka prije zime mora se obaviti u strogo određenim rokovima Kalijev permanganat ili kalijev permanganat

Češnjak (lat. Allium sativum) je višegodišnja zeljasta biljka, vrsta roda luka iz porodice Amaryllis iz potporodice Allium. Ovo je povrće...

Loosestrife đurđice, kovanice, točkaste i druge - spektakularne ljekovite trajnice
Loosestrife đurđice, kovanice, točkaste i druge - spektakularne ljekovite trajnice

Rod Loosestrife predstavljen je zeljastim biljkama koje mogu biti jednogodišnje, višegodišnje i dvogodišnje. Ovaj rod je predstavnik...

Borovnica: zdrava bobica koja pogađa
Borovnica: zdrava bobica koja pogađa

Obična borovnica je lijep grm koji se može uzgajati i u vrtu. Počevši od proljetnih mjeseci pa sve do kasne jeseni, bit će...