Gaasisegu põlemissoojuse arvutamine. Põlemissoojuse arvutamine. Massi kütteväärtuse arvutamine
Kütuse Q põlemissoojus ehk kütteväärtus (kütteväärtus) on soojushulk, mis eraldub 1 mooli (kcal/mol), 1 kg (kcal/kg) või 1 m3 kütuse (kcal/m3) täielikul põlemisel. ),
Mahulist kütteväärtust kasutatakse tavaliselt arvutustes, mis hõlmavad gaaskütuse kasutamist. Sel juhul eristatakse 1 m3 gaasi põlemissoojust tavatingimustes, st gaasi temperatuuril 0 ° C ja rõhul 1 kgf / cm2 ning standardtingimustel - temperatuuril 20 ° C ja rõhk 760 mm Hg. Art.:
Vct - 293 "norm -
Selles raamatus on gaaskütuse põlemissoojuse arvutused antud 1 m3 kohta tavatingimustes.
Normaaltingimuste jaoks arvutati ka kõikide kütuseliikide põlemisproduktide mahud.
Kütuse analüüsimisel ja soojusarvutustes tuleb tegeleda kõrgemate ja madalamate kütteväärtustega.
Kütuse QB kõrgem kütteväärtus, nagu juba mainitud, on soojushulk, mis vabaneb kütuseühiku täielikul põlemisel koos CO2, vedela HgO ja SO2 moodustumisega. Kõrgeima kütteväärtuse lähedane on kütteväärtus, mis määratakse kütuse põletamisel kalorimeetrilises pommis hapniku atmosfääris<2б. Незначительное отличие теплоты сгорания в бомбе от высшей теплоты сгорания QB обусловлено тем, что при сжигании в атмосфере кислорода топливо окисляется более глубоко, чем при его сгорании на воздухе. Так, например, сера топлива сгорает в калориметрической бомбе не до SO2, а до S03, и при сжигании топлива в бомбе образуются серная и азотная кислоты.
Kütuse madalam kütteväärtus QH, nagu eespool mainitud, on soojushulk, mis vabaneb kütuseühiku täielikul põlemisel koos CO2, auruolekus HgO ja SO2 moodustumisega. Lisaks võetakse madalama kütteväärtuse arvutamisel arvesse soojuskulu kütuse niiskuse aurustamiseks.
Järelikult erineb väiksem põlemissoojus suuremast soojuse kulust kütuses sisalduva niiskuse aurustamiseks Wр ja
Tekib kütuses sisalduva vesiniku põlemisel
Kõrgema ja madalama kütteväärtuse vahe arvutamisel võetakse arvesse soojuskulu veeauru kondenseerimiseks ja tekkiva kondensaadi jahutamiseks temperatuurini 0 °C. See erinevus on umbes 600 kcal 1 kg niiskuse kohta, s.o 6 kcal iga kütuses sisalduva või kütusesegus sisalduva vesiniku põlemisel tekkinud niiskuse protsendi kohta.
Erinevat tüüpi kütuste kõrgema ja madalama kütteväärtuse väärtused on toodud tabelis. 18.
Madala vesiniku ja niiskusesisaldusega kütuste puhul on erinevus kõrgemate ja madalamate kütteväärtuste vahel väike, näiteks antratsiidi ja koksi puhul - ainult umbes 2%. Kõrge vesiniku ja niiskusesisaldusega kütuste puhul muutub see erinevus aga üsna oluliseks. Seega on maagaasil, mis koosneb peamiselt CH4-st ja sisaldab 25% (imaose andmetel) H, kõrgem kütteväärtus madalamat 11% võrra.
Küttepuidu, turba ja pruunsöe põlevmassi kõrgem kütteväärtus, mis sisaldab umbes 6% H, ületab madalamat kütteväärtust 4-5%. Nende väga märgade kütuste töömassi kõrgema ja madalama kütteväärtuse erinevus on palju suurem. See on umbes 20%.
Seda tüüpi kütuse kasutamise efektiivsuse hindamisel on oluline, millist kütteväärtust võetakse arvesse - kas suuremat või madalamat.
NSV Liidus ja enamikus välisriikides tehakse soojustehnilisi arvutusi tavaliselt kütuse madalama kütteväärtuse alusel, kuna kütust kasutavatest käitistest eemaldatavate suitsugaaside temperatuur ületab 100 °C ja seetõttu tekib ka kütuse kondensatsioon. põlemisproduktides sisalduvat veeauru ei esine.
Ühendkuningriigis ja USA-s tehakse sarnaseid arvutusi tavaliselt kütuse brutokütteväärtuse alusel. Seetõttu tuleb madalama ja kõrgema kütteväärtuse alusel tehtud katelde ja ahjude katsete andmete võrdlemisel teha Qн ja QB asjakohane ümberarvutamine valemi abil.
Q„=QB-6(G + 9H) kcal/kg. (II.2)
Termotehnilistes arvutustes on soovitatav kasutada kütteväärtuse mõlemat väärtust. Seega tuleks maagaasi kasutamise efektiivsuse hindamiseks kontaktökonomaiseriga varustatud katlamajades suitsugaaside temperatuuril umbes 30–40 °C võtta kõrgeim kütteväärtus ja arvutada veeauru kondenseerumise tingimustes. ei teki, on mugavam teostada madalama kütteväärtusega põlemisel.
Kütuse põlemissoojuse määrab põlevmassi koostis ja ballasti sisaldus kütuse töömassis.
Põlevate kütuseelementide põlemissoojus varieerub oluliselt (vesinikus on umbes 4 korda rohkem kui süsinikus ja 10 korda rohkem kui väävlis).
1 kg bensiini, petrooleumi, kütteõli, s.o kõrge vesinikusisaldusega vedelkütuse põlemissoojus ületab oluliselt koksi, antratsiidi ja muude kõrge süsinikusisaldusega tahkekütuse põlemismassi põlemissoojust. väga madal vesinikusisaldus. Põleva kütusemassi põlemissoojus määratakse selle elementaarkoostise ja selle koostises olevate ühendite keemilise koostise järgi.
Spetsiaalsetes seadmetes tekkiva aatomi vesiniku kõrgeim põlemissoojus on umbes 85 500 kcal/kg-aatomi kohta ja kõrgeim
|
Teatud tüüpi kütuse kõrgemate ja madalamate kütteväärtuste väärtus
|
Gaaskütuses sisalduva molekulaarse vesiniku põlemissoojus on vaid 68 000 kcal/mol. Põlemissoojuse erinevus (2-85 500-68 000), mis moodustab umbes 103 000 kcal/mol, tuleneb energiakulust vesinikuaatomite vaheliste sidemete katkestamiseks.
Loomulikult on erinevat tüüpi kütuste põlevmassi osaks oleva vesiniku põlemisel eralduva soojushulga erinevus võrreldamatult väiksem kui aatom- ja molekulaarse vesiniku põlemissoojuste erinevus, kuid see siiski esineb. .
Molekulis olevate süsinikuaatomite vaheliste sidemete olemus mõjutab oluliselt ka kütuse põlemissoojust.
Erinevat tüüpi kütuste koostis sisaldab erinevate homoloogsete seeriate süsivesinikke. Aatomitevaheliste keemiliste sidemete olemuse mõju põleva kütusemassi põlemissoojusele ilmneb süsivesinikkütuse koostise ja põlemissoojuse arvestamisest.
1. Alkaanid (parafiinsed süsivesinikud) on alifaatse struktuuriga küllastunud süsivesinikud. Alkaanide üldvalem on SpNgn+2 ehk CH3-(CHg)p-2-CH3.
Siia kuulub kergeim süsivesinik, metaan CH4. enamiku tehniliste gaaside koostis ja on maagaaside põhikomponent: Stavropol, Shebelinsky, Tjumen, Orenburg jne. Etaan СгНв leidub naftas ja maagaasides, samuti gaasides, mis saadakse tahkekütuste kuivdestilleerimisel. Veeldatud gaasid koosnevad peamiselt propaanist C3H8 ja butaanist C4H10.
Suure molekulmassiga alkaane leidub erinevat tüüpi vedelkütustes. Küllastunud süsivesinike molekulides on aatomite vahel järgmised sidemed: C-H ja C-C. Näiteks normaalse heksaani C6Hi4 struktuurivalem on
I I I I I I n n n n n n
Heksaani molekulis on 5 C-C sidet ja 14 C-H sidet.
2. Tsüklanid on tsüklilise struktuuriga küllastunud süsivesinikud. Tsüklanide üldvalem on SpN2p.
|
6 C-C sidet ja 12 C-H sidet. 3. Alkeenid on küllastumata monoolefiinisüsivesinikud. Üldvalem SpNgp. Selle homoloogse seeria kergeim süsivesinik, etüleen (eteen), leidub koksis ja poolkoksigaasides; seda sisaldub märkimisväärses koguses nafta rafineerimistehase gaasides. Sidemed aatomite vahel: C-H, C-C ja üks kaksikside (olefiinne) kahe süsinikuaatomi vahel C = C; näiteks tavalises hekseenis C6H12 (hekseen-1) 5. Alküünid - alifaatse struktuuriga küllastumata süsivesinikud kolmiksidemega C = C. Alküünide üldvalem on SpN2p-2. Selle klassi süsivesinikest on olulisim atsetüleen HC = CH. Sidemed aatomite vahel alküünides: H-C, C-C ja C=C. Süsivesinike põlemissoojust ja soojustõhusust mõjutab tugevalt molekulis aatomite vaheliste sidemete katkemise energia. Soe? ja H-H sideme katkemine aatomi vesiniku moodustumisega on umbes 103 tuhat kcal/mol. Tabelis 19 on näidatud andmed sidemete lõhustumise kuumuste kohta süsivesinikes vastavalt Ya. K. Syrkin ja M. E. Dyatkina G161 ja L. Paulin - GU järgi. Tabel 19 |
Et välja selgitada süsivesiniku molekulis olevate süsinikuaatomite vaheliste sidemete olemuse mõju nende põlemissoojusele, on soovitatav kasutada mitte aatomitevaheliste sidemete energia absoluutväärtusi, vaid energia erinevusi. reserv, mis tuleneb sidemete erinevast olemusest: aatomite vahel molekulis.
Kui võrrelda süsivesiniku molekulis süsinikuaatomite vaheliste sidemete katkemise kuumusi, on lihtne näha, et ühe kaksiksideme purustamine nõuab oluliselt vähem energiat kui kahe üksiksideme katkestamine. Energiakulu ühe kolmiksideme katkestamisel on isegi väiksem kui kolme üksiksideme katkestamise energiakulu. Et teha kindlaks süsinikuaatomite vaheliste kaksiks- ja üksiksidemete lõhustumissoojuste erinevuste mõju põlemissoojusele
29-
süsivesinikud, võrdleme kahte erineva struktuuriga süsivesinikku: etüleen H2C=CH2 ja tsükloheksaan CeHi2. Mõlemal süsivesinikul on kaks vesinikuaatomit süsinikuaatomi kohta. Küllastumata süsivesinike etüleenil on aga süsinikuaatomite vahel kaksikside, samas kui küllastunud tsüklilise süsivesiniku tsükloheksaani süsinikuaatomite vahel on üksiksidemed.
Arvutamise hõlbustamiseks võrdleme kolme mooli etüleeni (3-C2H4) ühe mooli tsükloheksaani (CeHi2)ga, kuna sel juhul, kui aatomitevahelised sidemed katkevad, moodustub sama arv grammi süsiniku ja vesiniku aatomeid. .
Aatomitevaheliste sidemete katkestamiseks kuluv energia kolmes moolis etüleen C2H4 on väiksem kui energia, mis kulub sidemete purustamiseks ühes moolis tsükloheksaani SwH12. Tegelikult on mõlemal juhul vaja lõhkuda 12 C-H sidet süsiniku ja vesiniku aatomite vahel ning sellele lisaks esimesel juhul kolm C = C kaksiksidet ja teisel juhul kuus C-C üksiksidet, millega kaasneb suur energiakulu.
Kuna kolme mooli etüleeni ja ühe mooli tsükloheksaani sidemete purustamisel saadud süsiniku ja vesiniku grammide aatomite arv on sama, peaks kolme mooli etüleeni põlemissoojus olema suurem kui ühe mooli tsükloheksaani põlemissoojus. kilokalorite arvu järgi, mis vastab aatomite vaheliste sidemete katkemise soojuse erinevusele ühes moolis tsükloheksaanis ja kolmes moolis etüleenis.
Kolme mooli etüleeni madalaim põlemissoojus on 316-3 = 948 tuhat kcal ja üks mool tsükloheksaani on 882 tuhat kcal.
Grafiidist ja molekulaarsest vesinikust süsivesinike moodustumise soojust saab arvutada valemi abil
kus Qc„Hm on süsivesiniku madalam põlemissoojus, kcal/mol; Qc on grafiidi kujul oleva süsiniku põlemissoojus, kcal/kg-aatomi kohta; n on süsinikuaatomite arv süsivesiniku molekulis; Qh2 - molekulaarse vesiniku madalam põlemissoojus, kcal/mol; t on vesinikuaatomite arv süsivesiniku molekulis.
Tabelis 20 näitab grafiidi ja molekulaarse vesiniku moodustumise soojust mõnest süsivesinikust ning näitab moodustumise soojuse ja vastava süsiniku ja molekulaarse vesiniku koguste põlemissoojuse suhteid.
Vaatleme mitut näidet, mis illustreerivad ülaltoodud sätete kehtivust.
Metaan CH4. Madalaim kütteväärtus on 191,8 tuhat kcal/mol. 1 kg süsinikuaatomi ja 2 kmol vesiniku soojussisaldus, mis vastab 1 kmoolile metaanile, võrdub 94 + 2-57,8 = 209,6 tuhat kcal. Seega on grafiidi ja molekulaarse vesiniku moodustumise soojus metaanist 191,8-209,6 = -17,8 tuhat kcal/mol.
Metaanist saadava süsiniku ja vesiniku tekkesoojuse suhe metaanist moodustunud süsiniku ja vesiniku põlemissoojuse summasse on võrdne
|
Tabel 20 Süsivesinike põlemissoojus ning süsiniku ja vesiniku ekvivalentsed kogused
|
Etaanist saadava süsiniku ja vesiniku moodustumise soojuse suhe etaanist, süsinikust ja vesinikust moodustuva põlemissoojuse summasse on 20-100
AC>=-ZbM~ = -5'5%-
Propaan SzN8. Propaani madalaim põlemissoojus on 488,7 tuhat kcal/mol. Propaani ekvivalentse süsiniku ja vesiniku põlemissoojuste summa on võrdne
3-94+4-57,8=513,2 tuh kcal/mol.
Propaanist grafiidi ja vesiniku moodustumise soojus
488,7-513,2=-24,5 tuh kcal/mol.
Propaani süsiniku ja vesiniku moodustumise soojuse suhe saadud süsiniku ja vesiniku põlemissoojuste summasse on võrdne -24,5-100
L<2=——— 513^- =-4,8%.
Etüleen (eteen) CaH4. Etüleeni madalam põlemissoojus on 316,3 tuhat kcal/mol. Ühe mooli etüleeni, 2 kg süsinikuaatomi ja 2 kmol vesiniku põlemissoojuse summa võrdub 303,6 tuhande kcal/mol.
Grafiidi ja vesiniku etüleenist moodustumise soojus on võrdne
316,3-303,6 = 12,7 tuhat kcal / mol.
Järelikult on etüleenist süsiniku ja vesiniku moodustumise soojuse suhe süsinikust ja vesinikust etüleeni poolt moodustunud põlemissoojuse summasse 12,7-100
A
Propüleen (propeen) C3Hb. Propüleeni madalam põlemissoojus on 460,6 tuhat kcal/mol 1 mooli propüleeni, 3 kg süsinikuaatomi ja 3 kmol vesiniku põlemissoojuse summa võrdub 455,4 tuh kcal/mol.
Propüleenist grafiidi ja vesiniku moodustumise soojus on
460,6-455,4 = 5,2 tuhat kcal/mol,
Propüleeni süsiniku ja vesiniku moodustumise soojuse suhe nende põlemissoojuste summasse on võrdne
Lagunemissoojus süsinikuks ja molekulaarseks vesinikuks vastavate homoloogsete küllastumata süsivesinike seeria esimestes liikmetes on positiivne (reaktsioon on eksotermiline) ja molekulmassi suurenemisega lagunemissoojus väheneb ja muutub negatiivseks väärtuseks. Järelikult peab küllastumata süsivesinike hulgas olema teatud molekulmassiga aine, mille lagunemissoojus süsinikuks ja vesinikuks on väike.
Ühe kaksiksidemega küllastumata süsivesinike seerias - alke - butüleen on selline uus süsinik
CH2 = CH-CH2-CHN.
1 kmol butüleeni lagunemissoojus süsinikuks ja molekulaarseks vesinikuks on vaid ~600 kcal, mis on umbes 0,1% butüleeni süsinikuks ja vesinikuks lagunemisel tekkivate põlemissoojuste summast.
Vastavalt eeltoodule määrab süsivesinike ja muude orgaaniliste ainete põlemissoojus täpsemalt nende rühmakomponentide koostise. Siiski on praktiliselt võimalik määrata kütuse põlemissoojust selle rühmakomponentide koostise alusel ainult gaaskütuse puhul.
Vedela ja eriti tahke kütuse rühmakoostise määramine on nii keeruline, et tuleb piirduda ainult kütuse elementaarkoostise määramisega ja põlemissoojuse arvutamisega kütuse põlevmassi elementaaranalüüsi andmetel ja ballasti sisaldus kütuse töömassis. Kütuse põlevmass sisaldab lisaks süsinikule, vesinikule ja väävlile ka lämmastikku ja hapnikku.
Iga protsent lämmastikku, mis sisaldub kütuse põlevas massis, vähendab selle põlemissoojust 1%. Lämmastikusisaldus vedelkütuse põlevas massis on tavaliselt protsendi kümnendikke, tahkel kütusel 1-2%. Seetõttu on lämmastiku olemasolu vedeliku tuleohtlikus massis ja... tahke kütus mõjutab selle kütteväärtust suhteliselt vähe.
Gaaskütuses, erinevalt vedelast ja tahkest ainest, ei kuulu lämmastik põleva massi komponentide hulka, vaid sisaldub molekulaarse lämmastiku N2 kujul ja on ballastikomponent. Teatud tüüpi gaaskütuste lämmastikusisaldus on väga kõrge ja mõjutab suuresti selle kütteväärtust.
|
Tahke kütuse põleva massi põlemissoojuse ja soojusväljundi sõltuvus hapnikusisaldusest selles1
|
Nagu eespool mainitud, vähendab põlevas massis sisalduv keemiliselt seotud hapniku iga protsent selle põlemissoojust 26 kcal/kg võrra.
Seega 1% hapnikusisalduse suurenemine tahke kütuse põlevas massis, näiteks kivisöes, mille kütteväärtus on umbes 8000 kcal/kg, vähendab selle tulemusena kütuse põlevmassi põlemissoojust 1%. süsiniku- ja vesinikusisalduse vähenemisest ning (26-100) -,8000=0,32% kütuse põlevmassi osalise oksüdeerumise tõttu ning ainult umbes 1,3%. Järelikult mõjutab hapnikusisalduse muutus kütuse põlevas massis oluliselt selle põlemissoojust.
Umbes 6% vesinikku, suhteliselt madala väävlisisaldusega ning erineva hapniku- ja süsinikusisaldusega tahke kütuse põleva massi põlemissoojused on toodud tabelis. 21.
Tabelis toodud andmed näitavad, et rasvsöe põlevmassi põlemissoojus on 80% kõrgem kui puidu põlevmassi põlemissoojus madalama hapnikusisalduse ja vastavalt ka suurema süsinikusisalduse tõttu.
Kütuses sisalduv ballast vähendab järsult selle põlemissoojust, peamiselt põlevmassi sisalduse vastava vähenemise tõttu. Lisaks kulub osa soojusest niiskuse aurustamiseks ja kui kütus sisaldab märkimisväärset mineraalmassi, siis ka selle lagunemisele kõrgetel temperatuuridel ahjudes. Vastavalt väheneb kasuliku soojuse osakaal.
Kivisöes, mille kütteväärtus on umbes 6000 kcal/kg, vähendab niiskusesisalduse suurenemine 1% võrra madalamat kütteväärtust 66 kcal/kg, sealhulgas 60 kcal/kg, mis tuleneb ballastisisalduse suurenemisest. kütust ja 6 kcal/kg võrra tarbimise tõttu soojust niiskuse aurustamiseks.
2 B M Rarich 33
Seega on täiendav soojuskulu niiskuse aurustamiseks ainult Vio kütteväärtuse vähenemisest tulenevalt põlevmassi sisalduse vähenemisest kütuses. Kütteõlil, mille kütteväärtus on üle 9000 kcal/kg, on niiskuse aurustamiseks täiendava soojuskulu osakaal veelgi väiksem (tabel 22).
Tabel 22
|
Kütuse madalama kütteväärtuse muutus niiskusesisalduse suurenemisega 1%
|
Konstantse põleva massi koostisega ja madala tuhasisaldusega kütuse puhul määrab põlemise kütteväärtuse selgelt niiskusesisaldus. Seetõttu saab selliste kütuseliikide puhul nagu küttepuud määrata töömassi QS madalama kütteväärtuse sõltuvalt niiskusesisaldusest valemi abil
Qjj (100 – WV) – 600 WP
QЈ=—————— jqq————— kcal/kg,
kus QЈ on kuiva kütuse madalam kütteväärtus (pisut erinev väärtus, võetud võrdlustabelitest), kcal/kg; - niiskusesisaldus, mis määratakse töökütuse analüüsimisel, massiprotsentides).
Kütuse muutuva tuhasisalduse korral arvutatakse töömassi madalam põlemissoojus põlevmassi põlemissoojust valemi abil
600WP
Qk=———————- jqq—————— kcal/kg,
kus Qh on põlevmassi madalam põlemissoojus, kcal/kg; Lr - kütuse tuhasisaldus, %’. - kütuse niiskus, %
Termiline efekt reaktsioon on soojushulk, mille süsteem reaktsiooni käigus eraldub või neelab.
kus , on reaktsioonisaaduste ja lähteainete stöhhiomeetrilised koefitsiendid; , - reaktsioonisaaduste ja lähteainete moodustumise standardsed entalpiad. Moodustamissoojus. Siin tähendab indeks moodustamine(moodustumine) ja null, et väärtus viitab aine standardolekule.
Moodustamissoojus ained määratakse teatmeteostest või arvutatakse aine struktuuri alusel.
Põlemissoojus on soojushulk, mis vabaneb aine ühikulise koguse täielikul põlemisel, eeldusel, et alg- ja lõppsaadused on standardtingimustes.
Seal on:
· molaarne- ühe mooli kohta (kJ/mol),
· massiivne– ühe kilogrammi kohta (kJ/kg),
· mahuline− ühe kuupmeetri aine (kJ/m³) põlemissoojus.
Sõltuvalt põlemisprotsessis tekkinud vee agregatsiooni olekust eristatakse kõrgemat ja madalamat kütteväärtust.
Kõrgem kütteväärtus on soojushulk, mis eraldub põlevaine ühikulise koguse täielikul põlemisel, sealhulgas veeauru kondenseerumissoojus.
Madalam kütteväärtus on soojushulk, mis eraldub põlevaine ühikulise koguse täielikul põlemisel, eeldusel, et põlemisproduktides sisalduv vesi on gaasilises olekus.
Põlemissoojusmool arvutatakse vastavalt seadusele Hess. Molaarse põlemissoojuse muundamiseks massisoojuseks võite kasutada valemit:
kus on süttiva aine molaarmass, .
Gaasilises olekus olevate ainete puhul kasutage standardse põlemissoojuse mahtsoojuseks muutmisel järgmist valemit:
kus on gaasi molaarmaht, mis standardtingimustes on võrdne .
Piisavalt täpsed tulemused keeruliste põlevate ainete või segude jaoks annab Mendelejevi valem kõrgema kütteväärtuse jaoks:
Kus , ; , , , , - vastavalt süsiniku, vesiniku, väävli, hapniku ja lämmastiku sisaldus põlevas aines massis. protsenti.
Madalama kütteväärtuse jaoks
Kus , ; - põleva aine niiskusesisaldus massis. protsenti.
Põlevate segude põlemissoojuse arvutamine toimub vastavalt valemile
kus on põleva segu madalam põlemissoojus, ; - kütuse mahuosa segus; - segus oleva kütuse madalam kütteväärtus, .
Gaasi-õhu segude põlemissoojuse arvutamine toimub valemi abil
kus on põleva aine madalam põlemissoojus, ; - süttiva aine kontsentratsioon gaasi-õhu segus, mahuosa; - gaasi-õhu segu põlemissoojus, .
Soojusmahtuvus keha on füüsikaline suurus, mis määrab keha poolt vastuvõetud lõpmatult väikese soojushulga ja selle temperatuuri vastava tõusu suhte
Kehale tarnitud või kehast eemaldatud soojushulk on alati võrdeline aine kogusega.
Erisoojusvõimsus nimetatakse soojusmahtuvuseks aine koguseühiku kohta. Aine kogust saab mõõta kilogrammides, kuupmeetrites ja moolides. Seetõttu eristatakse massi-, mahu- ja molaarset soojusmahtuvust.
Tähistame:
· - molaarne soojusmahtuvus, . See on soojushulk, mis tuleb suspendeerida 1 mooli aines, et selle temperatuur tõuseks 1 Kelvini võrra;
· - massi soojusmahtuvus, . See on soojushulk, mis tuleb suspendeerida 1 kilogrammis aines, et selle temperatuur tõuseks 1 Kelvini võrra;
· - mahuline soojusmaht, . See on soojushulk, mis tuleb suspendeerida 1 kuupmeetris aines, et selle temperatuur tõuseks 1 Kelvini võrra.
Mool- ja massisoojusvõimsuste suhet väljendatakse valemiga
kus on aine molaarmass. Mahulist soojusmahtuvust väljendatakse molaarse soojusmahtuvusena järgmiselt
kus on gaasi molaarmaht normaaltingimustes.
Keha soojusmahtuvus sõltub protsessist, mille käigus soojust tarnitakse.
Keha soojusmahtuvus konstantsel rõhul on isobaarses protsessis tarnitud soojuse spetsiifilise (1 mooli aine kohta) suhe kehatemperatuuri muutusse.
Keha soojusmahtuvus konstantse mahu juures on isohoorilises protsessis tarnitava konkreetse (1 mooli aine kohta) soojushulga ja kehatemperatuuri muutuse suhe.
Ideaalsete gaaside soojusmahtuvus on
kus on molekuli vabadusastmete arv. Ideaalsete gaaside isobaarilise ja isohoorilise soojusmahtuvuse vaheline seos määratakse Mayeri võrrandiga
kus on universaalne gaasikonstant.
Tahkes faasis olevate ainete soojusmahtuvus normaallähedastes tingimustes on Dulong-Petiti seaduse järgi võrdne
Tulenevalt asjaolust, et soojusmahtuvus sõltub temperatuurist, muutub soojustarbimine sama temperatuuritõusu korral (joon. 3.1).
Tõeline soojusmahtuvus nimetatakse soojusmahtuvuseks, mida teatud termodünaamilise protsessi käigus väljendatakse järgmise valemiga
kus - tähistab protsessi, mille käigus mõõdetakse soojusmahtuvust. Parameeter võib võtta väärtusi jne.
Riis. 3.1. Soojusmahtuvuse sõltuvus temperatuurist
Keskmine soojusvõimsus on antud protsessis kehale antava soojushulga ja temperatuurimuutuse suhe eeldusel, et temperatuuride erinevus on lõplik väärtus. Arvestades tegeliku soojusmahtuvuse teadaolevat sõltuvust temperatuurist, saab keskmise soojusmahtuvuse temperatuurivahemikus alates kuni leida keskmise väärtuse teoreemi abil
kus on keskmine soojusmahtuvus, on tegelik soojusmahtuvus.
Ainete soojusmahtuvuse eksperimentaalsetes uuringutes leitakse keskmine soojusmahtuvus sageli funktsioonina ülemisest piirist, kusjuures alampiiri fikseeritud väärtus on võrdne
Gaaside keskmiste soojusmahtuvuste sõltuvused ülemisest piirtemperatuurist on toodud tabelis 3.1.
Gaasisegu soojusmahtuvus sõltub segu koostisest ja komponentide soojusmahtuvustest. Tähistame: - komponendi mooliosa segus; - mahuosa; - massiosa. Siin on th komponendi kogus moolides, m 3, kg, vastavalt. Gaasisegu soojusmahtuvust saab määrata valemitega
kus , , on segu komponendi keskmised molaarsed, massi- ja mahulised soojusmahud.
Tabel 3.1.
| Gaasi nimi | Valemid üksikute gaaside keskmise molaarse soojusmahtuvuse määramiseks konstantse ruumala juures, J/(mol deg), temperatuuride jaoks, 0 C | |
| 0 kuni 1500 | 1501 kuni 2800 | |
| Õhk | ||
| Hapnik | ||
| Lämmastik | ||
| Vesinik | ||
| Vingugaas | ||
| Süsinikdioksiid | ||
| veeaur |
Soojusmootorites ja mootorites juhitakse iga tsükli alguses põlemiskambrisse portsjon värsket segu, mis on nn. värske laeng. Kuid reeglina jäävad eelmise tsükli heitgaasid põlemiskambrisse.
Gaasi jääkkoefitsient nimetatakse suhteks
kus on jääkgaaside moolide arv, on värske laengu moolide arv. Põlemiskambris värske laenguga jääkgaaside segu nimetatakse töö segu. Töösegu soojusmahtuvus arvutatakse valemi abil
kus , on värske laengu ja jääkgaaside keskmised soojusmahud töösegu temperatuuril; - jääkgaaside koefitsient.
Põlemistsoonis eralduv soojus kulub põlemisproduktide soojendamisele ja soojuskadudele (viimaste hulka kuuluvad põlevaine eelkuumutamine ja põlemistsoonist keskkonda eralduv kiirgus). Nimetatakse maksimaalset temperatuuri, milleni põlemisproduktid kuumutatakse põlemistemperatuur.
Olenevalt tingimustest, milles põlemisprotsess toimub, on olemas kalorimeetriline, adiabaatiline, teoreetiline, Ja kehtiv põlemistemperatuur.
Under kalorimeetriline põlemistemperatuur mõista temperatuuri, milleni põlemisproduktid kuumutatakse järgmistel tingimustel:
· kogu reaktsiooni käigus eralduv soojus läheb põlemisproduktide kuumutamiseks;
· toimub stöhhiomeetrilise põleva segu täielik põlemine ();
· põlemisproduktide moodustumise protsessis ei toimu nende dissotsiatsiooni;
· põlev segu on algtemperatuuril 273 K ja rõhul 101,3 kPa.
Adiabaatiline põlemistemperatuur määratakse mittestöhhiomeetrilise põleva segu jaoks ().
Teoreetiline põlemistemperatuur erineb kalorimeetrilisest selle poolest, et arvutustes võetakse arvesse põlemisproduktide dissotsiatsioonist tingitud soojuskadusid.
Tegelik põlemistemperatuur- see on temperatuur, milleni põlemisproduktid tegelikes tingimustes kuumutatakse.
Vaatleme ainult kalorimeetrilise ja adiabaatilise põlemistemperatuuri arvutamist väikese korrektsiooniga. Eeldame, et algsegu algtemperatuur erineb . Tähistagem töötava segu ja põlemisproduktide segu moolide arvu. Seejärel saab põlemise soojusbilansi konstantsel rõhul kirjutada järgmiselt:
kus , on algsegu ja põlemissaaduste keskmised soojusmahud; on 1 mooli töösegu põlemisel eralduv soojus; ja - vastavalt töösegu ja põlemisproduktide temperatuurid. Ühe mooli töösegu suhtes võib valemit (3.20) esitada järgmiselt
kus on segu koostise molekulaarse muutuse koefitsient. Kalorimeetrilised ja adiabaatilised põlemistemperatuurid leitakse soojusbilansi võrrandist.
Plahvatusaegse rõhu saab leida Clayperoni-Mendelejevi võrrandi abil, võttes arvesse, et ruumala protsessi käigus ei muutu.
Praktiline töö nr 3
"Ainete põlemissoojuse arvutamine"
Sihtmärk: Mõista põlemisprotsesside energiabilansi põhimõisteid. Õppige arvutama põlemissoojust erinevat tüüpi põlevate ainete jaoks (üksikud ained ja segud; elementaarkoostisega esindatud kompleksained).
Arvutusvalemid ja algoritmid
1. Kütteväärtuse arvutamiseks üksikud ained kasutatakse valemit (3.1). Esmalt koostatakse põlemisreaktsiooni võrrand, mille abil määratakse stöhhiomeetrilised koefitsiendid ja produktid. Seejärel leitakse tabeli (vt tabel 3.1) abil lähteainete ja reaktsioonisaaduste moodustumise standardsed entalpiad. Leitud parameetrid asendatakse valemiga (3.1) ja arvutatakse põleva aine põlemissoojus.
2. Põlemissoojus komplekssed ained leitud D.I. Mendelejevi valemite (3.4) ja (3.5) abil. Arvutamiseks peate teadma ainult elementide massiosa protsentides. Põlemissoojust arvutatakse kJ/kg.
3. Arvutamiseks tuleohtlikud segud kasutada valemeid (3.1) – (3.6). Esmalt leidke iga põlevgaasi madalam põlemissoojus üksiku ainena valemi (3.2) või kompleksainena valemite (3.4), (3.5) abil. Mahulise põlemissoojuse juurde minemiseks kasutatakse valemeid (3.2), (3.3). Arvutamine lõpetatakse põlevsegu madalama kütteväärtuse arvutamisega valemi (3.6) abil.
4. Määrata 1 m 3 põlemissoojus gaasi-õhu segu arvutada õhu juuresolekul põlevate gaaside mahuosa, mille hulk sõltub. Seejärel arvutatakse valemi (3.7) abil gaasi-õhu segu põlemissoojus.
Näide 3.1. Määrake atsetüleeni madalam kütteväärtus.
Lahendus. Kirjutame atsetüleeni põlemise võrrandi.
Vastavalt võrrandile on stöhhiomeetrilised koefitsiendid , , , . Kasutades lisa 3.1 leiame reaktsiooniainete moodustumise standardentalpiad: , , , . Valemi (3.1) abil arvutame atsetüleeni madalama kütteväärtuse
1 m3 atsetüleeni põletamisel eralduva soojushulga arvutamiseks on vaja saadud väärtus jagada standardtingimustes oleva molaarmahuga (3.3):
Vastus: ;
Lahendus. Mendelejevi valemeid (3.4) ja (3.5) kasutades leiame
Vastus: .
Näide 3.3. Määrake gaasisegu põlemissoojus, mis koosneb - 40%, - 20%, - 15%, - 5%, - 10%, - 10%.
Lahendus. Nendest gaasidest on , , , tuleohtlikud. Kirjutame iga kütuse jaoks välja reaktsioonivõrrandi hapnikuga:
Ainete moodustumise standardentalpiad leiame tabeliandmete abil tabelist 3.2.
; ; ; ; ; ; ; .
Kasutades valemit (3.1) vastavalt põlemisvõrranditele (1)-(4), leiame põlemissoojuse:
Tuleohtlike gaaside segu puhul kasutame valemit (3.6), võttes arvesse, et molaar- ja mahufraktsioonid on samad. Arvutuste tulemusena saame gaasisegu väikseima põlemissoojuse
1 m 3 sellise gaasisegu põletamisel eraldub soojust võrdselt
Vastus: ; .
Lahendus. Kirjutame propaani põlemisvõrrandi
Reaktsioonivõrrandi järgi peaks 1 m 3 propaani kohta stöhhiomeetrilise segu jaoks olema m 3 õhku. Arvestades, et 1 m 3 propaani kulutab tegelikult m 3 õhku. Seega 1 m3 propaani-õhu segus on propaani mahuosa
Propaani madalama kütteväärtuse leiame valemi (3.1) abil. Propaani moodustumise standardentalpia saab määrata tabelist 3.2.
Propaani kütteväärtus on
Propaani-õhu segu madalama kütteväärtuse saab määrata valemiga (3.7)
1536,21
Tabel 3.3. Testülesande nr 3.1 parameetrid
| Võimalus | Seisund | Võimalus | Seisund | Võimalus | Seisund |
| 1. | CH3OH | 11. | C4H8 | 21. | C8H18 |
| 2. | C2H5OH | 12. | C4H10 | 22. | C10H8 |
| 3. | NH3 | 13. | C3H8 | 23. | C12H10 |
| 4. | SO 3 | 14. | C7H8 | 24. | CH4O |
| 5. | HNO3 | 15. | C7H16 | 25. | C2H4O2 |
| 6. | C3H4 | 16. | C5H12 | 26. | C2H6O |
| 7. | H2S | 17. | C6H12 | 27. | C3H6O |
| 8. | C5H5N | 18. | C6H14 | 28. | C4H10O |
| 9. | C2H5O | 19. | C8H6 | 29. | CH6N2 |
| 10. | C3H6 | 20. | C8H10 | 30. | C6H7N |
Tabel 3.4. Testülesande nr 3.2 parameetrid ( W - niiskus)
Kõrgem kütteväärtus(kõrgema kütteväärtus): soojushulk, mis võib vabaneda teatud koguse gaasi täielikul põlemisel õhus nii, et rõhk p 1, mille juures reaktsioon toimub, jääb konstantseks ja kõik põlemissaadused omandavad sama temperatuuri. t 1, sama mis reaktiivide temperatuur. Sel juhul on kõik tooted gaasilises olekus, välja arvatud vesi, mis kondenseerub vedelikuks, kui t 1 .
Puhaskütteväärtus(madalam kütteväärtus): soojushulk, mis võib vabaneda teatud koguse gaasi täielikul põlemisel õhus nii, et rõhk lk 1, mille juures reaktsioon toimub, jääb konstantseks, kõik põlemissaadused omandavad sama temperatuuri t 1 kui reageerivate ainete temperatuur. Sel juhul on kõik tooted gaasilises olekus.
Ideaalse gaasi molaarse põlemissoojuse väärtus, mis määratakse teadaoleva koostisega segu komponentide molaarfraktsiooni väärtuste põhjal temperatuuril t 1, arvutatakse valemi (5) abil:
kus on segu ideaalse põlemissoojuse väärtus (kõrgem või madalam);
– j-nda komponendi molaarosa;
– j-nda komponendi (kõrgeima või madalaima) ideaalse põlemissoojuse väärtus.
Arvväärtused t 1 =25 °C jaoks on toodud standardis GOST 31369-2008 (10. jao tabel 3).
4.2.2 Massi kütteväärtuse arvutamine
Ideaalse gaasi põlemissoojuse massi väärtus, mis määratakse teadaoleva koostisega segu komponentide massiosa väärtuste põhjal temperatuuril, arvutatakse valemi (6) abil:
kus on mooliosa j-th komponent;
- molaarmass j th komponent.
4.2.3 Mahulise kütteväärtuse arvutamine
Ideaalse gaasi põlemissoojuse väärtus, mis arvutatakse komponentide mahuosa väärtuste põhjal põlemistemperatuuri jaoks t 1 teadaoleva koostisega segu, mõõdetuna temperatuuril t 2 ja surve lk 1, arvutatud valemiga (8):
|
|
,kus on segu ideaalse (kõrgeima või madalaima) mahulise põlemissoojuse väärtus;
R– universaalne gaasikonstant;
T 2 – absoluutne temperatuur, K.
4.2.4 Tiheduse, suhtelise tiheduse ja Wobbe'i arvu arvutamine
Tihedus(tihedus): gaasiproovi mass jagatud selle mahuga kindlaksmääratud rõhkude ja temperatuuride juures.
Suhteline tihedus(suhteline tihedus): gaasi tihedus jagatud standardse koostisega kuiva õhu tihedusega (GOST 31369-2008 lisa B) samade rõhu- ja temperatuuriväärtuste juures. Mõistet "ideaalne suhteline tihedus" kasutatakse juhtudel, kui nii gaasi kui ka õhku peetakse keskkonnaks, mis järgib ideaalse gaasi seadust; terminit "tegelik suhteline tihedus" kasutatakse juhtudel, kui nii gaasi kui ka õhku peetakse tõeliseks keskkonnaks.
Wobbe number(Wobbe'i indeks): kogumahulise kütteväärtuse väärtus kindlaksmääratud standardtingimustel, jagatud suhtelise tiheduse ruutjuurega samadel standardtingimustel.
Wobbe'i arv on põlevgaasi tunnus, mis määrab põlevate gaaside vahetatavuse, kui neid põletatakse kodumaistes ja tööstuslikes põletites, mõõdetuna megadžaulides kuupmeetri kohta.
Suhteline tihedus ideaalne gaas ei sõltu standardoleku valikust ja see arvutatakse valemi (9) abil:
kus on ideaalse gaasi suhteline tihedus;
– j-nda komponendi molaarmass;
5. PÕLEMISE TERMILINE TASAKAAL
Vaatleme gaasiliste, vedelate ja tahkete kütuste põlemisprotsessi soojusbilansi arvutamise meetodeid. Arvutamine taandub järgmiste ülesannete lahendamisele.
· Kütuse põlemissoojuse (kütteväärtuse) määramine.
· Teoreetilise põlemistemperatuuri määramine.
5.1. PÕLEMISSOOJUS
Keemiliste reaktsioonidega kaasneb soojuse eraldumine või neeldumine. Soojuse vabanemisel nimetatakse reaktsiooni eksotermiliseks ja soojuse neeldumisel endotermiliseks. Kõik põlemisreaktsioonid on eksotermilised ja põlemissaadused on eksotermilised ühendid.
Keemilise reaktsiooni käigus vabanevat (või neelduvat) soojust nimetatakse reaktsioonisoojuseks. Eksotermilistes reaktsioonides on see positiivne, endotermilistes reaktsioonides negatiivne. Põlemisreaktsiooniga kaasneb alati soojuse eraldumine. Põlemissoojus Q g(J/mol) on soojushulk, mis vabaneb ühe mooli aine täielikul põlemisel ja põleva aine muutumisel täieliku põlemisproduktideks. Mool on aine koguse SI põhiühik. Üks mool on aine kogus, mis sisaldab sama arvu osakesi (aatomeid, molekule jne), kui on aatomeid 12 g süsinik-12 isotoobis. Aine koguse mass, mis on võrdne 1 mooliga (molekul- või molaarmass), langeb arvuliselt kokku selle aine suhtelise molekulmassiga.
Näiteks hapniku (O 2) suhteline molekulmass on 32, süsinikdioksiid (CO 2) on 44 ja vastavad molekulmassid on M = 32 g/mol ja M = 44 g/mol. Seega sisaldab üks mool hapnikku 32 grammi seda ainet ja üks mool CO 2 sisaldab 44 grammi süsinikdioksiidi.
Tehnilistes arvutustes ei kasutata kõige sagedamini põlemissoojust. Q g ja kütuse kütteväärtus K(J/kg või J/m3). Aine kütteväärtus on 1 kg või 1 m 3 aine täielikul põlemisel eralduv soojushulk. Vedelate ja tahkete ainete puhul tehakse arvutus 1 kg kohta ja gaasiliste ainete puhul - 1 m 3 kohta.
Kütuse põlemissoojuse ja kütteväärtuse tundmine on vajalik põlemis- või plahvatustemperatuuri, plahvatusrõhu, leegi levimiskiiruse ja muude karakteristikute arvutamiseks. Kütuse kütteväärtus määratakse kas katseliselt või arvutuslikult. Kütteväärtuse katselisel määramisel põletatakse etteantud mass tahket või vedelat kütust kalorimeetrilises pommis, gaaskütuse puhul gaasikalorimeetris. Need seadmed mõõdavad kogu soojust K 0, mis vabaneb kütuse kaalumise proovi põletamisel m. Kütteväärtus Q g leitakse valemiga
Põlemissoojuse seos ja
kütuse kütteväärtus
Põlemissoojuse ja aine kütteväärtuse vahelise seose tuvastamiseks on vaja üles kirjutada põlemiskeemilise reaktsiooni võrrand.
Süsiniku täieliku põlemise saadus on süsinikdioksiid:
C+O2 →CO2.
Vesiniku täieliku põlemise saadus on vesi:
2H2 +O2 → 2H2O.
Väävli täieliku põlemise saadus on vääveldioksiid:
S +O 2 → SO 2.
Sel juhul vabaneb lämmastik, halogeenid ja muud mittesüttivad elemendid vabas vormis.
Põlev aine - gaas
Näitena arvutame metaani CH 4 kütteväärtuse, mille põlemissoojus on võrdne Q g=882.6 .
· Määrame metaani molekulmassi selle keemilise valemi (CH 4) järgi:
M = 1,12 + 4,1 = 16 g/mol.
· Määrame 1 kg metaani kütteväärtuse:
· Leiame 1 kg metaani ruumala, teades selle tihedust ρ=0,717 kg/m3 normaaltingimustes:
.
· Määrame 1 m 3 metaani kütteväärtuse:
Kõigi põlevate gaaside kütteväärtus määratakse sarnaselt. Paljude levinud ainete puhul on põlemissoojust ja kütteväärtusi mõõdetud suure täpsusega ning need on toodud vastavas teatmekirjanduses. Siin on mõnede gaasiliste ainete kütteväärtuste tabel (tabel 5.1). Suurusjärk K selles tabelis on antud MJ/m 3 ja kcal/m 3, kuna soojusühikuna kasutatakse sageli 1 kcal = 4,1868 kJ.
Tabel 5.1
Gaaskütuste kütteväärtus
|
Aine |
Atsetüleen |
|||||
|
K |
||||||
Põlev aine - vedel või tahke
Näitena arvutame etüülalkoholi C 2 H 5 OH kütteväärtuse, mille põlemissoojus on Q g= 1373,3 kJ/mol.
· Määrame etüülalkoholi molekulmassi selle keemilise valemi (C 2 H 5 OH) järgi:
M = 2,12 + 5,1 + 1,16 + 1,1 = 46 g/mol.
Määrame 1 kg etüülalkoholi kütteväärtuse:
Kõigi vedelate ja tahkete põlevainete kütteväärtus määratakse sarnaselt. Tabelis 5.2 ja 5.3 näitavad kütteväärtusi K(MJ/kg ja kcal/kg) teatud vedelike ja tahkete ainete puhul.
Tabel 5.2
Vedelkütuste kütteväärtus
|
Aine |
Metüülalkohol |
Etanool |
Kütteõli, õli |
||||
|
K |
|||||||
Tabel 5.3
Tahkekütuste kütteväärtus
|
Aine |
Puu on värske |
Kuiv puit |
Pruun kivisüsi |
Kuiv turvas |
Antratsiit, koks |
||
|
K |
|||||||
Mendelejevi valem
Kui kütuse kütteväärtus on teadmata, saab selle arvutada D.I. pakutud empiirilise valemi abil. Mendelejev. Selleks peate teadma kütuse elementaarset koostist (ekvivalentne kütusevalem), see tähendab järgmiste elementide sisaldust selles:
hapnik (O);
Vesinik (H);
Süsinik (C);
Väävel (S);
tuhk (A);
Vesi (W).
Kütuse põlemisproduktid sisaldavad alati veeauru, mis tekib nii kütuses sisalduva niiskuse tõttu kui ka vesiniku põlemisel. Jäätmete põlemisproduktid väljuvad tööstusettevõttest kastepunktist kõrgemal temperatuuril. Seetõttu ei saa veeauru kondenseerumisel eralduvat soojust otstarbekalt kasutada ja seda ei tohiks soojusarvutustes arvesse võtta.
Arvutamiseks kasutatakse tavaliselt madalat kütteväärtust Q n kütus, mis võtab arvesse soojuskadusid veeauruga. Tahkete ja vedelate kütuste puhul väärtus Q n(MJ/kg) määratakse ligikaudu Mendelejevi valemiga:
Q n=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)
kus sulgudes on näidatud vastavate elementide sisaldus (massiprotsentides) kütuse koostises.
See valem võtab arvesse süsiniku, vesiniku ja väävli eksotermiliste põlemisreaktsioonide soojust (plussmärgiga). Kütuses sisalduv hapnik asendab osaliselt õhuhapnikku, mistõttu valemis (5.1) võetakse vastav termin miinusmärgiga. Niiskuse aurustumisel kulub soojust, seega võetakse ka vastav W-d sisaldav termin miinusmärgiga.
Erinevate kütuste (puit, turvas, kivisüsi, õli) kütteväärtuse arvutuslike ja eksperimentaalsete andmete võrdlus näitas, et Mendelejevi valemiga (5.1) arvutamine annab vea, mis ei ületa 10%.
Puhaskütteväärtus Q n(MJ/m3) kuivade põlevgaaside kohta saab piisava täpsusega arvutada üksikute komponentide kütteväärtuse ja nende sisalduse protsentuaalse sisalduse korrutiste summana 1 m3 gaaskütuses.
Q n= 0,108[Н 2 ] + 0,126 [СО] + 0,358 [СН 4 ] + 0,5 [С 2 Н 2 ] + 0,234 [Н 2 S ]…, (5,2)
kus sulgudes on märgitud vastavate gaaside sisaldus (mahu%) segus.
Keskmiselt on maagaasi kütteväärtus ligikaudu 53,6 MJ/m 3 . Kunstlikult toodetud põlevates gaasides on metaani CH4 sisaldus ebaoluline. Peamised tuleohtlikud komponendid on vesinik H2 ja süsinikmonooksiid CO. Näiteks koksiahju gaasis ulatub H2 sisaldus (55 ÷ 60)% ja sellise gaasi madalam kütteväärtus 17,6 MJ/m3. Generaatorigaas sisaldab CO ~ 30% ja H 2 ~ 15%, samas kui generaatorigaasi madalam kütteväärtus on Q n= (5,2÷6,5) MJ/m3. CO ja H 2 sisaldus kõrgahjugaasis on väiksem; suurusjärk Q n= (4,0÷4,2) MJ/m3.
Vaatame näiteid ainete kütteväärtuse arvutamisest Mendelejevi valemi abil.
Määrame söe kütteväärtuse, mille elementaarne koostis on toodud tabelis. 5.4.
Tabel 5.4
Söe elementaarne koostis
· Asendame tabelis toodud. 5.4 andmed Mendelejevi valemis (5.1) (lämmastik N ja tuhk A ei sisaldu selles valemis, kuna need on inertsed ained ega osale põlemisreaktsioonis):
Q n=0,339∙37,2+1,025∙2,6+0,1085∙0,6–0,1085∙12–0,025∙40=13,04 MJ/kg.
Määrakem 50 liitri vee soojendamiseks 10° C kuni 100° C küttepuidu kogus, kui kütteks kulub 5% põlemisel eralduvast soojusest, ning vee soojusmahtuvus Koos=1 kcal/(kg∙deg) või 4,1868 kJ/(kg∙deg). Küttepuude elementaarne koostis on toodud tabelis. 5.5:
Tabel 5.5
Küttepuude elementaarne koostis
|
· Leiame küttepuude kütteväärtuse Mendelejevi valemiga (5.1): Q n=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg. · Määrame 1 kg küttepuude põletamisel vee soojendamiseks kuluva soojushulga (arvestades asjaolu, et 5% põlemisel eralduvast soojusest (a = 0,05) kulub selle soojendamisele): K 2 =a Q n=0,05·17,12=0,86 MJ/kg. · Määrame 50 liitri vee soojendamiseks 10° C kuni 100° C küttepuude koguse:
Seega kulub vee soojendamiseks umbes 22 kg küttepuid. |
kg.
