ईंधन के दहन की विशिष्ट ऊष्मा दर्शाती है। क्या चुनें: गैस या डीजल ईंधन

विभिन्न प्रकारईंधन (ठोस, तरल और गैसीय) सामान्य और विशिष्ट गुणों की विशेषता है। को सामान्य विशेषताईंधन में दहन और आर्द्रता की विशिष्ट गर्मी, विशिष्ट - राख सामग्री, सल्फर सामग्री (सल्फर सामग्री), घनत्व, चिपचिपाहट और अन्य गुण शामिल हैं।

विशिष्ट ऊष्माईंधन दहन उष्मा की वह मात्रा है जो \(1\) किलो ठोस या तरल ईंधन या \(1\) m³ गैसीय ईंधन के पूर्ण दहन के दौरान निकलती है।

ईंधन का ऊर्जा मूल्य मुख्य रूप से दहन की विशिष्ट गर्मी से निर्धारित होता है।

दहन की विशिष्ट ऊष्मा को \(q\) अक्षर से निरूपित किया जाता है। दहन की विशिष्ट ऊष्मा की इकाई ठोस और तरल ईंधन के लिए \(1\) J/kg और गैसीय ईंधन के लिए \(1\) J/m³ है।

दहन की विशिष्ट ऊष्मा प्रयोगात्मक रूप से जटिल विधियों द्वारा निर्धारित की जाती है।

तालिका 2. कुछ प्रकार के ईंधन के दहन की विशिष्ट ऊष्मा।

ठोस ईंधन

पदार्थ	दहन की विशिष्ट गर्मी,
लिग्नाइट कोयला
लकड़ी का कोयला
जलाऊ लकड़ी सूखी
लकड़ी के टुकड़े
कोयला
कोयला ग्रेड ए-द्वितीय
कोक
पाउडर
पीट

तरल ईंधन

गैसीय ईंधन

(सामान्य परिस्थितियों में)

पदार्थ	दहन की विशिष्ट गर्मी,
हाइड्रोजन
जनरेटर गैस
कोक ओवन गैस
प्राकृतिक गैस
गैस

इस तालिका से यह देखा जा सकता है कि हाइड्रोजन के दहन की विशिष्ट ऊष्मा सबसे अधिक है, यह \(120\) MJ/m³ है। इसका मतलब है कि \(1\) m³ आयतन के साथ हाइड्रोजन का पूर्ण दहन \(120\) MJ \(=\)\(120\) ⋅ 10 6 J ऊर्जा छोड़ता है।

हाइड्रोजन उच्च ऊर्जा वाले ईंधनों में से एक है। इसके अलावा, हाइड्रोजन का दहन उत्पाद सामान्य पानी है, अन्य प्रकार के ईंधन के विपरीत, जहां दहन के उत्पाद कार्बन डाइऑक्साइड और कार्बन मोनोऑक्साइड, राख और फर्नेस स्लैग हैं। यह हाइड्रोजन को सबसे अधिक पर्यावरण के अनुकूल ईंधन बनाता है।

हालांकि, हाइड्रोजन गैस विस्फोटक है। इसके अलावा, समान तापमान और दबाव पर अन्य गैसों की तुलना में इसका घनत्व सबसे कम होता है, जिससे हाइड्रोजन को द्रवित करना और इसे परिवहन करना मुश्किल हो जाता है।

पूर्ण दहन \(m\) किलो ठोस या तरल ईंधन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा \(Q\) की कुल मात्रा की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:

गैसीय ईंधन के पूर्ण दहन \(V\) m³ के दौरान निकलने वाली ऊष्मा \(Q\) की कुल मात्रा की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:

ईंधन की आर्द्रता (नमी सामग्री) इसके कैलोरी मान को कम कर देती है, क्योंकि नमी के वाष्पीकरण के लिए गर्मी की खपत बढ़ जाती है और दहन उत्पादों की मात्रा बढ़ जाती है (जल वाष्प की उपस्थिति के कारण)।
राख सामग्री दहन के दौरान उत्पन्न राख की मात्रा है खनिजईंधन में निहित। ईंधन में निहित खनिज पदार्थ इसके कैलोरी मान को कम करते हैं, क्योंकि दहनशील घटकों की सामग्री घट जाती है (मुख्य कारण) और खनिज द्रव्यमान को गर्म करने और पिघलाने के लिए गर्मी की खपत बढ़ जाती है।
सल्फर सामग्री (सल्फर सामग्री) नकारात्मक ईंधन कारक को संदर्भित करती है, क्योंकि जब इसे जलाया जाता है, तो सल्फर डाइऑक्साइड गैसें बनती हैं जो वातावरण को प्रदूषित करती हैं और धातु को नष्ट करती हैं। इसके अलावा, ईंधन में निहित सल्फर आंशिक रूप से गलाने वाली धातु, वेल्डेड ग्लास द्रव्यमान में गुजरता है, जिससे उनकी गुणवत्ता कम हो जाती है। उदाहरण के लिए, क्रिस्टल, ऑप्टिकल और अन्य ग्लासों को पिघलाने के लिए, सल्फर युक्त ईंधन का उपयोग नहीं किया जा सकता है, क्योंकि सल्फर ग्लास के ऑप्टिकल गुणों और रंग को काफी कम कर देता है।

में यह सबकहम सीखेंगे कि दहन के दौरान ईंधन द्वारा उत्सर्जित ऊष्मा की मात्रा की गणना कैसे की जाती है। इसके अलावा, ईंधन की विशेषताओं पर विचार करें - दहन की विशिष्ट गर्मी।

चूंकि हमारा पूरा जीवन गति पर आधारित है, और गति ज्यादातर ईंधन के दहन पर आधारित है, इसलिए इस विषय का अध्ययन "थर्मल घटना" विषय को समझने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।

गर्मी की मात्रा से संबंधित मुद्दों का अध्ययन करने के बाद और विशिष्ट ऊष्मा, चलो गौर करते हैं ईंधन के दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा.

परिभाषा

ईंधन- एक पदार्थ जो कुछ प्रक्रियाओं (दहन, परमाणु प्रतिक्रियाओं) में गर्मी जारी करता है। ऊर्जा का स्रोत है।

ईंधन होता है ठोस, तरल और गैसीय(चित्र .1)।

चावल। 1. ईंधन के प्रकार

• ठोस ईंधन हैं कोयला और पीट.
• तरल ईंधन हैं तेल, गैसोलीन और अन्य पेट्रोलियम उत्पाद.
• गैसीय ईंधन शामिल हैं प्राकृतिक गैस.
• अलग-अलग, कोई एक बहुत ही सामान्य अंतर कर सकता है हाल तक परमाणु ईंधन.

ईंधन दहन एक रासायनिक प्रक्रिया है जो ऑक्सीडेटिव है। दहन के दौरान, कार्बन परमाणु ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ मिलकर अणु बनाते हैं। नतीजतन, ऊर्जा जारी की जाती है, जिसे एक व्यक्ति अपने उद्देश्यों के लिए उपयोग करता है (चित्र 2)।

चावल। 2. शिक्षा कार्बन डाईऑक्साइड

ईंधन को चिह्नित करने के लिए, इस तरह की विशेषता का उपयोग किया जाता है कैलोरी मान. कैलोरी मान दिखाता है कि ईंधन के दहन के दौरान कितनी गर्मी निकलती है (चित्र 3)। उष्मीय भौतिकी में, अवधारणा मेल खाती है किसी पदार्थ के दहन की विशिष्ट ऊष्मा.

चावल। 3. दहन की विशिष्ट ऊष्मा

परिभाषा

दहन की विशिष्ट गर्मी - भौतिक मात्रा, जो ईंधन की विशेषता है, संख्यात्मक रूप से ईंधन के पूर्ण दहन के दौरान निकलने वाली गर्मी की मात्रा के बराबर है।

दहन की विशिष्ट ऊष्मा को आमतौर पर अक्षर द्वारा निरूपित किया जाता है। इकाइयां:

माप की इकाइयों में, कोई नहीं है, क्योंकि ईंधन का दहन लगभग स्थिर तापमान पर होता है।

दहन की विशिष्ट गर्मी परिष्कृत उपकरणों का उपयोग करके अनुभवजन्य रूप से निर्धारित की जाती है। हालाँकि, समस्याओं को हल करने के लिए विशेष तालिकाएँ हैं। नीचे हम कुछ प्रकार के ईंधन के दहन की विशिष्ट ऊष्मा का मान देते हैं।

पदार्थ

तालिका 4. कुछ पदार्थों के दहन की विशिष्ट ऊष्मा

दिए गए मूल्यों से यह देखा जा सकता है कि दहन के दौरान भारी मात्रा में ऊष्मा निकलती है, इसलिए माप की इकाइयाँ (मेगाजूल) और (गीगाजूल) का उपयोग किया जाता है।

ईंधन के दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा की गणना करने के लिए, निम्न सूत्र का उपयोग किया जाता है:

यहाँ: - ईंधन का द्रव्यमान (किग्रा), - ईंधन के दहन की विशिष्ट ऊष्मा ()।

अंत में, हम ध्यान दें कि अधिकांश ईंधन जो मानव जाति द्वारा उपयोग किया जाता है, सौर ऊर्जा की सहायता से संग्रहीत किया जाता है। कोयला, तेल, गैस - यह सब पृथ्वी पर सूर्य के प्रभाव से बना है (चित्र 4)।

चावल। 4. ईंधन का निर्माण

अगले पाठ में हम यांत्रिक और तापीय प्रक्रियाओं में ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम के बारे में बात करेंगे।

सूचीसाहित्य

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गृहकार्य

ईंधन क्या है?

यह एक घटक या पदार्थों का मिश्रण है जो गर्मी की रिहाई से जुड़े रासायनिक परिवर्तनों में सक्षम हैं। अलग - अलग प्रकारईंधन उनमें ऑक्सीकरण एजेंट की मात्रात्मक सामग्री में भिन्न होता है, जिसका उपयोग थर्मल ऊर्जा जारी करने के लिए किया जाता है।

व्यापक अर्थ में, ईंधन एक ऊर्जा वाहक है, जो कि एक संभावित प्रकार की संभावित ऊर्जा है।

वर्गीकरण

वर्तमान में, ईंधन को उनके एकत्रीकरण की स्थिति के अनुसार तरल, ठोस, गैसीय में विभाजित किया जाता है।

कठिन को प्राकृतिक रूपपत्थर और जलाऊ लकड़ी, एन्थ्रेसाइट शामिल करें। ब्रिकेट, कोक, थर्मोएन्थ्रासाइट कृत्रिम ठोस ईंधन की किस्में हैं।

तरल पदार्थ में ऐसे पदार्थ शामिल होते हैं जिनमें कार्बनिक मूल के पदार्थ होते हैं। उनके मुख्य घटक हैं: ऑक्सीजन, कार्बन, नाइट्रोजन, हाइड्रोजन, सल्फर। कृत्रिम तरल ईंधन विभिन्न प्रकार के रेजिन, ईंधन तेल होंगे।

यह विभिन्न गैसों का मिश्रण है: एथिलीन, मीथेन, प्रोपेन, ब्यूटेन। उनके अलावा, गैसीय ईंधन में कार्बन डाइऑक्साइड और कार्बन मोनोऑक्साइड, हाइड्रोजन सल्फाइड, नाइट्रोजन, जल वाष्प और ऑक्सीजन होते हैं।

ईंधन संकेतक

दहन का मुख्य संकेतक। थर्मोकैमिस्ट्री में कैलोरी मान निर्धारित करने का सूत्र माना जाता है। "संदर्भ ईंधन" का उत्सर्जन करें, जिसका तात्पर्य 1 किलोग्राम एन्थ्रेसाइट के कैलोरी मान से है।

घरेलू ताप तेल का उपयोग कम शक्ति के ताप उपकरणों में दहन के लिए किया जाता है, जो आवासीय परिसर में स्थित होते हैं, जिनमें ताप जनरेटर का उपयोग किया जाता है कृषिचारा, कैनिंग सुखाने के लिए।

ईंधन के दहन की विशिष्ट ऊष्मा एक ऐसा मान है जो 1 मीटर 3 या एक किलोग्राम के द्रव्यमान के साथ ईंधन के पूर्ण दहन के दौरान बनने वाली ऊष्मा की मात्रा को प्रदर्शित करता है।

इस मान को मापने के लिए J / kg, J / m 3, कैलोरी / m 3 का उपयोग किया जाता है। दहन की गर्मी निर्धारित करने के लिए, कैलोरीमेट्री विधि का उपयोग करें।

ईंधन के दहन की विशिष्ट गर्मी में वृद्धि के साथ, विशिष्ट ईंधन की खपत और गुणांक कम हो जाता है उपयोगी क्रियासमान मान रहता है।

पदार्थों के दहन की ऊष्मा एक ठोस, तरल, गैसीय पदार्थ के ऑक्सीकरण के दौरान जारी ऊर्जा की मात्रा है।

यह रासायनिक संरचना, साथ ही दहनशील पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति से निर्धारित होता है।

दहन उत्पादों की विशेषताएं

उच्च और निम्न कैलोरी मान ईंधन के दहन के बाद प्राप्त पदार्थों में पानी के एकत्रीकरण की स्थिति से जुड़ा है।

सकल कैलोरी मान किसी पदार्थ के पूर्ण दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा है। इस मान में जल वाष्प के संघनन की ऊष्मा शामिल है।

कम कार्यशील कैलोरी मान वह मान है जो जल वाष्प के संघनन की ऊष्मा को ध्यान में रखे बिना दहन के दौरान ऊष्मा की रिहाई से मेल खाता है।

संघनन की गुप्त ऊष्मा जलवाष्प के संघनन की ऊर्जा का मान है।

गणितीय संबंध

उच्च और निम्न कैलोरी मान निम्नलिखित संबंध से संबंधित हैं:

क्यू बी = क्यू एच + के (डब्ल्यू + 9 एच)

जहाँ W दहनशील पदार्थ में पानी के वजन (% में) की मात्रा है;

दहनशील पदार्थ में एच हाइड्रोजन की मात्रा (द्रव्यमान द्वारा%) है;

के - 6 किलो कैलोरी / किग्रा का गुणांक

गणना के तरीके

उच्च और निम्न कैलोरी मान दो मुख्य विधियों द्वारा निर्धारित किया जाता है: परिकलित और प्रायोगिक।

प्रायोगिक गणना के लिए कैलोरीमीटर का उपयोग किया जाता है। सबसे पहले इसमें ईंधन का एक नमूना जलाया जाता है। इस मामले में निकलने वाली गर्मी पूरी तरह से पानी द्वारा अवशोषित हो जाती है। पानी के द्रव्यमान के बारे में एक विचार होने के बाद, इसके तापमान को बदलकर दहन की गर्मी का मूल्य निर्धारित करना संभव है।

यह तकनीक सरल और प्रभावी मानी जाती है, यह केवल तकनीकी विश्लेषण डेटा का ज्ञान मानती है।

गणना पद्धति में, उच्चतम और निम्नतम कैलोरी मान की गणना मेंडेलीव सूत्र के अनुसार की जाती है।

क्यू पी एच \u003d 339 सी पी + 1030 एच पी -109 (ओ पी -एस पी) - 25 डब्ल्यू पी (केजे / किग्रा)

यह कार्यशील संरचना (प्रतिशत में) में कार्बन, ऑक्सीजन, हाइड्रोजन, जल वाष्प, सल्फर की सामग्री को ध्यान में रखता है। दहन के दौरान गर्मी की मात्रा संदर्भ ईंधन को ध्यान में रखते हुए निर्धारित की जाती है।

किसी विशेष प्रकार के ईंधन के उपयोग की दक्षता की पहचान करने के लिए, गैस के दहन की गर्मी आपको प्रारंभिक गणना करने की अनुमति देती है।

उत्पत्ति की विशेषताएं

यह समझने के लिए कि एक निश्चित ईंधन के दहन के दौरान कितनी गर्मी निकलती है, इसकी उत्पत्ति का अंदाजा होना आवश्यक है।

प्रकृति में है विभिन्न प्रकारठोस ईंधन, जो संरचना और गुणों में भिन्न होते हैं।

इसका गठन कई चरणों में होता है। पहले पीट बनता है, फिर भूरा और कठोर कोयला प्राप्त होता है, फिर एन्थ्रेसाइट बनता है। ठोस ईंधन निर्माण के मुख्य स्रोत पत्तियां, लकड़ी और सुइयाँ हैं। मरते हुए, पौधों के हिस्से, हवा के संपर्क में आने पर, पीट बनाने वाले कवक द्वारा नष्ट हो जाते हैं। इसका संचयन भूरा पिंड में बदल जाता है, तब भूरी गैस प्राप्त होती है।

पर उच्च दबावऔर तापमान, ब्राउन गैस कोयले में बदल जाती है, फिर ईंधन एन्थ्रेसाइट के रूप में जमा हो जाता है।

कार्बनिक पदार्थ के अलावा, ईंधन में अतिरिक्त गिट्टी होती है। कार्बनिक उस भाग पर विचार करें जो कार्बनिक पदार्थों से बना था: हाइड्रोजन, कार्बन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन। इन रासायनिक तत्वों के अतिरिक्त, इसमें गिट्टी होती है: नमी, राख।

भट्ठी प्रौद्योगिकी में जले हुए ईंधन के काम करने वाले, सूखे, साथ ही ज्वलनशील द्रव्यमान का आवंटन शामिल है। कामकाजी द्रव्यमान को उपभोक्ता को आपूर्ति की गई मूल रूप में ईंधन कहा जाता है। सूखा वजन एक ऐसी रचना है जिसमें पानी नहीं होता है।

मिश्रण

सबसे मूल्यवान घटक कार्बन और हाइड्रोजन हैं।

ये तत्व किसी भी प्रकार के ईंधन में पाए जाते हैं। पीट और लकड़ी में, कार्बन का प्रतिशत 58 प्रतिशत, काले और भूरे कोयले में - 80% और एन्थ्रेसाइट में वजन के हिसाब से 95 प्रतिशत तक पहुँच जाता है। इस सूचक के आधार पर, ईंधन के दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा में परिवर्तन होता है। हाइड्रोजन किसी भी ईंधन का दूसरा सबसे महत्वपूर्ण तत्व है। ऑक्सीजन के संपर्क में आने पर यह नमी बनाता है, जो किसी भी ईंधन के थर्मल मूल्य को काफी कम कर देता है।

इसका प्रतिशत तेल शेल में 3.8 से लेकर ईंधन तेल में 11 तक है। ऑक्सीजन, जो ईंधन का हिस्सा है, गिट्टी के रूप में कार्य करती है।

यह गर्मी पैदा करने वाला रासायनिक तत्व नहीं है, इसलिए यह इसके दहन ताप के मूल्य को नकारात्मक रूप से प्रभावित करता है। दहन उत्पादों में मुक्त या बाध्य रूप में निहित नाइट्रोजन का दहन हानिकारक अशुद्धियों के रूप में माना जाता है, इसलिए इसकी मात्रा स्पष्ट रूप से सीमित है।

सल्फर को सल्फेट्स, सल्फाइड्स और सल्फर डाइऑक्साइड गैसों के रूप में ईंधन की संरचना में शामिल किया गया है। हाइड्रेटेड होने पर, सल्फर ऑक्साइड सल्फ्यूरिक एसिड बनाते हैं, जो बॉयलर उपकरण को नष्ट कर देता है और वनस्पति और जीवों पर प्रतिकूल प्रभाव डालता है।

इसीलिए सल्फर एक रासायनिक तत्व है, जिसकी प्राकृतिक ईंधन में उपस्थिति अत्यधिक अवांछनीय है। काम करने वाले कमरे के अंदर आने पर, सल्फर यौगिक ऑपरेटिंग कर्मियों के महत्वपूर्ण जहर का कारण बनते हैं।

इसकी उत्पत्ति के आधार पर राख तीन प्रकार की होती है:

• प्राथमिक;
• माध्यमिक;
• तृतीयक।

प्राथमिक रूप पौधों में निहित खनिज पदार्थों से बनता है। गठन के दौरान अंतर्ग्रहण के परिणामस्वरूप द्वितीयक राख बनती है पौधे के अवशेषरेत और पृथ्वी।

तृतीयक राख निष्कर्षण, भंडारण और इसके परिवहन की प्रक्रिया में ईंधन का हिस्सा बन जाती है। राख के एक महत्वपूर्ण जमाव के साथ, बॉयलर इकाई की हीटिंग सतह पर गर्मी हस्तांतरण में कमी आई है, गैसों से पानी में गर्मी हस्तांतरण की मात्रा कम हो जाती है। बड़ी मात्रा में राख बॉयलर के संचालन को नकारात्मक रूप से प्रभावित करती है।

आखिरकार

किसी भी प्रकार के ईंधन की दहन प्रक्रिया पर वाष्पशील पदार्थों का महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। उनका आउटपुट जितना बड़ा होगा, फ्लेम फ्रंट का वॉल्यूम उतना ही बड़ा होगा। उदाहरण के लिए, कोयला, पीट, आसानी से आग पकड़ लेते हैं, इस प्रक्रिया के साथ नगण्य गर्मी का नुकसान होता है। वाष्पशील अशुद्धियों को हटाने के बाद जो कोक बचता है उसमें केवल खनिज और कार्बन यौगिक होते हैं। ईंधन की विशेषताओं के आधार पर, गर्मी की मात्रा काफी भिन्न होती है।

निर्भर करना रासायनिक संरचनाठोस ईंधन के निर्माण में तीन चरण होते हैं: पीट, लिग्नाइट, कोयला।

छोटे बॉयलर संयंत्रों में प्राकृतिक लकड़ी का उपयोग किया जाता है। ज्यादातर लकड़ी के चिप्स, चूरा, स्लैब, छाल का उपयोग किया जाता है, स्वयं जलाऊ लकड़ी का उपयोग कम मात्रा में किया जाता है। लकड़ी के प्रकार के आधार पर, जारी की गई गर्मी की मात्रा में काफी भिन्नता होती है।

जैसे ही कैलोरी मान घटता है, जलाऊ लकड़ी को कुछ फायदे मिलते हैं: तेजी से ज्वलनशीलता, न्यूनतम राख सामग्री और सल्फर के निशान की अनुपस्थिति।

प्राकृतिक या सिंथेटिक ईंधन की संरचना, उनके कैलोरी मान के बारे में विश्वसनीय जानकारी थर्मोकेमिकल गणना करने का एक शानदार तरीका है।

वर्तमान में, ठोस, गैसीय, तरल ईंधन के उन मुख्य विकल्पों की पहचान करने का एक वास्तविक अवसर है जो किसी विशेष स्थिति में उपयोग करने के लिए सबसे कुशल और सस्ते होंगे।

5. दहन का तापीय संतुलन

गणना के तरीकों पर विचार करें गर्मी संतुलनगैसीय, तरल और की दहन प्रक्रिया ठोस ईंधन. निम्नलिखित समस्याओं को हल करने के लिए गणना को कम किया जाता है।

· ईंधन के दहन की ऊष्मा (कैलोरी मान) का निर्धारण।

· सैद्धांतिक दहन तापमान का निर्धारण।

5.1। जलने की गर्मी

रासायनिक अभिक्रियाएँ ऊष्मा के विमोचन या अवशोषण के साथ होती हैं। जब ऊष्मा मुक्त होती है तो अभिक्रिया ऊष्माक्षेपी कहलाती है और जब यह अवशोषित हो जाती है तो इसे ऊष्माशोषी कहते हैं। सभी दहन प्रतिक्रियाएं एक्ज़ोथिर्मिक हैं, और दहन उत्पाद एक्ज़ोथिर्मिक यौगिक हैं।

पाठ्यक्रम के दौरान जारी (या अवशोषित)। रासायनिक प्रतिक्रियाऊष्मा को प्रतिक्रिया की ऊष्मा कहते हैं। एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं में यह सकारात्मक है, एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाओं में यह नकारात्मक है। दहन प्रतिक्रिया हमेशा गर्मी की रिहाई के साथ होती है। ज्वलन की ऊष्मा क्यू जी(J / mol) ऊष्मा की वह मात्रा है जो किसी पदार्थ के एक मोल के पूर्ण दहन और दहनशील पदार्थ के पूर्ण दहन के उत्पादों में परिवर्तन के दौरान जारी होती है। तिल किसी पदार्थ की मात्रा के लिए मूल SI इकाई है। एक मोल किसी पदार्थ की इतनी मात्रा है जिसमें उतने कण (परमाणु, अणु आदि) होते हैं जितने कार्बन-12 समस्थानिक के 12 ग्राम में परमाणु होते हैं। किसी पदार्थ की मात्रा का द्रव्यमान 1 मोल (आणविक या दाढ़ जन) दिए गए पदार्थ के सापेक्ष आणविक भार के साथ संख्यात्मक रूप से मेल खाता है।

उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन (O 2 ) का आपेक्षिक आणविक भार 32 है, कार्बन डाइऑक्साइड (CO 2 ) 44 है, और संबंधित आणविक भार M=32 g/mol और M=44 g/mol होगा। इस प्रकार, ऑक्सीजन के एक मोल में 32 ग्राम पदार्थ होता है, और CO 2 के एक मोल में 44 ग्राम कार्बन डाइऑक्साइड होता है।

तकनीकी गणना में, दहन की गर्मी का अक्सर उपयोग नहीं किया जाता है क्यू जी, और ईंधन का कैलोरी मान क्यू(जे / किग्रा या जे / एम 3)। किसी पदार्थ का कैलोरी मान किसी पदार्थ के 1 किग्रा या 1 मी 3 के पूर्ण दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा है। तरल के लिए और एसएनएफगणना प्रति 1 किग्रा और गैसीय के लिए - प्रति 1 मी 3 की जाती है।

दहन या विस्फोट तापमान, विस्फोट दबाव, लौ प्रसार गति और अन्य विशेषताओं की गणना करने के लिए दहन की गर्मी और ईंधन के कैलोरी मान का ज्ञान आवश्यक है। ईंधन का उष्मीय मान या तो प्रयोगात्मक रूप से या गणना द्वारा निर्धारित किया जाता है। कैलोरी मान के प्रायोगिक निर्धारण में, ठोस या तरल ईंधन के दिए गए द्रव्यमान को कैलोरीमेट्रिक बम में और गैसीय ईंधन के मामले में गैस कैलोरीमीटर में जलाया जाता है। ये उपकरण कुल ताप को मापते हैं क्यू 0, ईंधन वजन के एक नमूने के दहन के दौरान जारी किया गया एम. कैलोरी मान क्यू जीसूत्र के अनुसार पाया जाता है

दहन की गर्मी और के बीच संबंध
ईंधन कैलोरी मान

दहन की ऊष्मा और किसी पदार्थ के कैलोरी मान के बीच संबंध स्थापित करने के लिए, दहन की रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए समीकरण लिखना आवश्यक है।

कार्बन के पूर्ण दहन का उत्पाद कार्बन डाइऑक्साइड है:

सी + ओ 2 → सीओ 2।

हाइड्रोजन के पूर्ण दहन का उत्पाद जल है:

2 एच 2 + ओ 2 → 2 एच 2 ओ।

सल्फर के पूर्ण दहन का उत्पाद सल्फर डाइऑक्साइड है:

एस + ओ 2 → एसओ 2।

इसी समय, नाइट्रोजन, हलाइड्स और अन्य गैर-दहनशील तत्व मुक्त रूप में जारी किए जाते हैं।

दहनशील गैस

उदाहरण के तौर पर, हम मीथेन सीएच 4 के कैलोरी मान की गणना करेंगे, जिसके लिए दहन की गर्मी बराबर है क्यू जी=882.6 .

इसके अनुसार मीथेन का आणविक भार निर्धारित करें रासायनिक सूत्र(सीएच 4):

М=1∙12+4∙1=16 ग्राम/मोल।

आइए परिभाषित करें कैलोरी मान 1 किलो मीथेन:

सामान्य परिस्थितियों में इसका घनत्व ρ=0.717 kg/m 3 जानते हुए, 1 किलो मीथेन का आयतन ज्ञात करें:

.

मीथेन के 1 मीटर 3 का कैलोरी मान निर्धारित करें:

किसी भी ज्वलनशील गैस का उष्मीय मान इसी प्रकार निर्धारित किया जाता है। कई सामान्य पदार्थों के लिए, कैलोरी मान और कैलोरी मान को उच्च सटीकता के साथ मापा गया है और प्रासंगिक संदर्भ साहित्य में दिया गया है। आइए कुछ गैसीय पदार्थों के कैलोरी मान के लिए मानों की तालिका दें (तालिका 5.1)। कीमत क्यूइस तालिका में यह MJ / m 3 और kcal / m 3 में दिया गया है, क्योंकि 1 kcal = 4.1868 kJ को अक्सर ऊष्मा की इकाई के रूप में उपयोग किया जाता है।

तालिका 5.1

गैसीय ईंधन का कैलोरी मान

पदार्थ			एसिटिलीन
क्यू

दहनशील पदार्थ - तरल या ठोस

उदाहरण के तौर पर, हम एथिल अल्कोहल सी 2 एच 5 ओएच के कैलोरी मान की गणना करेंगे, जिसके लिए दहन की गर्मी क्यू जी= 1373.3 केजे/मोल।

एथिल अल्कोहल के आणविक भार को उसके रासायनिक सूत्र (C 2 H 5 OH) के अनुसार निर्धारित करें:

एम = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1∙1 = 46 ग्राम/मोल।

1 किलो एथिल अल्कोहल का कैलोरी मान निर्धारित करें:

किसी भी तरल और ठोस ज्वलनशील पदार्थों का कैलोरी मान इसी तरह निर्धारित किया जाता है। तालिका में। 5.2 और 5.3 कैलोरी मान दिखाते हैं क्यू(MJ/kg और kcal/kg) कुछ तरल और ठोस पदार्थों के लिए।

तालिका 5.2

तरल ईंधन का कैलोरी मान

पदार्थ		मिथाइल अल्कोहल	इथेनॉल			ईंधन तेल, तेल
क्यू

तालिका 5.3

ठोस ईंधन का कैलोरी मान

पदार्थ		लकड़ी ताजा	लकड़ी सूखी	लिग्नाइट कोयला	पीट सूखा	एन्थ्रेसाइट, कोक
क्यू

मेंडेलीव का सूत्र

यदि ईंधन का कैलोरी मान अज्ञात है, तो इसकी गणना D.I द्वारा प्रस्तावित अनुभवजन्य सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है। मेंडेलीव। ऐसा करने के लिए, आपको ईंधन की मौलिक संरचना (ईंधन के समतुल्य सूत्र) को जानने की आवश्यकता है, अर्थात इसमें निम्नलिखित तत्वों का प्रतिशत है:

ऑक्सीजन (ओ);

हाइड्रोजन (एच);

कार्बन (सी);

सल्फर (एस);

राख (ए);

पानी (डब्ल्यू)।

ईंधन के दहन उत्पादों में हमेशा जल वाष्प होता है, जो ईंधन में नमी की उपस्थिति और हाइड्रोजन के दहन के दौरान बनता है। दहन के अपशिष्ट उत्पाद औद्योगिक संयंत्र को ओस बिंदु तापमान से ऊपर के तापमान पर छोड़ देते हैं। इसलिए, जल वाष्प के संघनन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा का उपयोगी उपयोग नहीं किया जा सकता है और थर्मल गणना में इसे ध्यान में नहीं रखा जाना चाहिए।

शुद्ध कैलोरी मान आमतौर पर गणना के लिए उपयोग किया जाता है। क्यू एनईंधन, जो जल वाष्प के साथ गर्मी के नुकसान को ध्यान में रखता है। ठोस और तरल ईंधन के लिए, मूल्य क्यू एन(एमजे / किग्रा) मेंडेलीव सूत्र द्वारा लगभग निर्धारित किया गया है:

क्यू एन=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

जहां ईंधन संरचना में संबंधित तत्वों का प्रतिशत (द्रव्यमान%) कोष्ठक में इंगित किया गया है।

यह सूत्र कार्बन, हाइड्रोजन और सल्फर (प्लस चिन्ह के साथ) की एक्ज़ोथिर्मिक दहन प्रतिक्रियाओं की गर्मी को ध्यान में रखता है। ऑक्सीजन, जो ईंधन का हिस्सा है, हवा में ऑक्सीजन को आंशिक रूप से प्रतिस्थापित करता है, इसलिए सूत्र (5.1) में संबंधित शब्द को ऋण चिह्न के साथ लिया जाता है। जब नमी वाष्पित हो जाती है, तो ऊष्मा की खपत होती है, इसलिए W युक्त संबंधित शब्द को भी ऋण चिह्न के साथ लिया जाता है।

विभिन्न ईंधन (लकड़ी, पीट, कोयला, तेल) के कैलोरी मान पर गणना और प्रायोगिक डेटा की तुलना से पता चला है कि मेंडेलीव सूत्र (5.1) के अनुसार गणना 10% से अधिक की त्रुटि नहीं देती है।

शुद्ध कैलोरी मान क्यू एनशुष्क ज्वलनशील गैसों के (एमजे / एम 3) की गणना पर्याप्त सटीकता के साथ व्यक्तिगत घटकों के कैलोरी मान के उत्पादों के योग और गैसीय ईंधन के 1 एम 3 में उनके प्रतिशत के रूप में की जा सकती है।

क्यू एन= 0.108[Н 2 ] + 0.126[СО] + 0.358[CH 4 ] + 0.5[С 2 Н 2 ] + 0.234[Н 2 S]…, (5.2)

जहां मिश्रण में संबंधित गैसों का प्रतिशत (वॉल्यूम%) कोष्ठक में दर्शाया गया है।

प्राकृतिक गैस का औसत कैलोरी मान लगभग 53.6 MJ/m3 है। कृत्रिम रूप से उत्पादित ज्वलनशील गैसों में सीएच 4 मीथेन की सामग्री नगण्य है। मुख्य दहनशील घटक हाइड्रोजन एच 2 और कार्बन मोनोऑक्साइड सीओ हैं। कोक ओवन गैस में, उदाहरण के लिए, एच 2 की सामग्री (55 ÷ 60)% तक पहुँच जाती है, और ऐसी गैस का शुद्ध कैलोरी मान 17.6 एमजे/एम 3 तक पहुँच जाता है। जनरेटर गैस में, CO ~ 30% और H 2 ~ 15% की सामग्री, जबकि जनरेटर गैस का शुद्ध कैलोरी मान क्यू एन= (5.2÷6.5) एमजे/एम 3 . ब्लास्ट फर्नेस गैस में CO और H2 की मात्रा कम होती है; आकार क्यू एन= (4.0÷4.2) एमजे/एम 3 .

मेंडेलीव सूत्र का उपयोग करके पदार्थों के कैलोरी मान की गणना करने के उदाहरणों पर विचार करें।

आइए हम कोयले का कैलोरी मान निर्धारित करें, जिसकी तात्विक संरचना तालिका में दी गई है। 5.4।

तालिका 5.4

कोयले की तात्विक संरचना

आइए टैब में दिए गए स्थानापन्न करें। मेंडेलीव सूत्र में 5.4 डेटा (5.1) (नाइट्रोजन एन और राख ए इस सूत्र में शामिल नहीं हैं, क्योंकि वे निष्क्रिय पदार्थ हैं और दहन प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेते हैं):

क्यू एन=0.339∙37.2+1.025∙2.6+0.1085∙0.6–0.1085∙12–0.025∙40=13.04 एमजे/किग्रा।

आइए हम 50 लीटर पानी को 10 ° C से 100 ° C तक गर्म करने के लिए आवश्यक जलाऊ लकड़ी की मात्रा निर्धारित करें, यदि दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा का 5% ताप पर खर्च किया जाता है, और पानी की ऊष्मा क्षमता साथ\u003d 1 kcal / (kg ∙ deg) या 4.1868 kJ / (kg ∙ deg)। जलाऊ लकड़ी की तात्विक संरचना तालिका में दी गई है। 5.5:

तालिका 5.5

जलाऊ लकड़ी की मौलिक रचना

	आइए मेंडेलीव के सूत्र (5.1) के अनुसार जलाऊ लकड़ी का कैलोरी मान ज्ञात करें: क्यू एन=0.339∙43+1.025∙7–0.1085∙41–0.025∙7= 17.12 एमजे/किग्रा। 1 किलो जलाऊ लकड़ी जलाने पर पानी गर्म करने पर खर्च होने वाली ऊष्मा की मात्रा निर्धारित करें (इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए कि दहन के दौरान निकलने वाली गर्मी का 5% (a = 0.05) इसे गर्म करने पर खर्च किया जाता है): क्यू 2 = एक क्यू एन=0.05 17.12=0.86 एमजे/किग्रा। 50 लीटर पानी को 10°C से 100°C तक गर्म करने के लिए आवश्यक जलाऊ लकड़ी की मात्रा निर्धारित करें: किलोग्राम। इस प्रकार, पानी को गर्म करने के लिए लगभग 22 किलो जलाऊ लकड़ी की आवश्यकता होती है।

यह ज्ञात है कि उद्योग, परिवहन, कृषि और घरों में प्रयुक्त ऊर्जा का स्रोत ईंधन है। ये कोयला, तेल, पीट, जलाऊ लकड़ी, प्राकृतिक गैस आदि हैं। जब ईंधन जलाया जाता है, तो ऊर्जा निकलती है। आइए यह पता लगाने की कोशिश करें कि इस मामले में ऊर्जा कैसे जारी की जाती है।

आइए हम पानी के अणु की संरचना को याद करें (चित्र 16, ए)। इसमें एक ऑक्सीजन परमाणु और दो हाइड्रोजन परमाणु होते हैं। यदि एक पानी के अणु को परमाणुओं में विभाजित किया जाता है, तो परमाणुओं के बीच आकर्षण की शक्तियों को दूर करना, यानी काम करना और इसलिए ऊर्जा खर्च करना आवश्यक है। इसके विपरीत, यदि परमाणु मिलकर एक अणु बनाते हैं, तो ऊर्जा मुक्त होती है।

ईंधन का उपयोग सटीक रूप से परमाणुओं के संयोजन से ऊर्जा मुक्त होने की घटना पर आधारित है। उदाहरण के लिए, ईंधन में निहित कार्बन परमाणु दहन के दौरान दो ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ जुड़ जाते हैं (चित्र 16, बी)। इस मामले में, कार्बन मोनोऑक्साइड - कार्बन डाइऑक्साइड का एक अणु बनता है और ऊर्जा निकलती है।

चावल। 16. अणुओं की संरचना :
पानी; बी - कार्बन डाइऑक्साइड अणु में कार्बन परमाणु और दो ऑक्सीजन परमाणुओं का कनेक्शन

इंजन डिजाइन करते समय, एक इंजीनियर को यह जानने की जरूरत होती है कि जलने वाला ईंधन कितनी गर्मी छोड़ सकता है। ऐसा करने के लिए, प्रयोगात्मक रूप से यह निर्धारित करना आवश्यक है कि विभिन्न प्रकार के ईंधन के समान द्रव्यमान के पूर्ण दहन के दौरान कितनी गर्मी जारी की जाएगी।

1 किलो वजन वाले ईंधन के पूर्ण दहन के दौरान कितनी गर्मी निकलती है, यह दर्शाने वाली भौतिक मात्रा को ईंधन के दहन की विशिष्ट ऊष्मा कहा जाता है।

दहन की विशिष्ट ऊष्मा को अक्षर q से निरूपित किया जाता है। दहन की विशिष्ट ऊष्मा की इकाई 1 J/kg है।

दहन की विशिष्ट ऊष्मा प्रयोगात्मक रूप से जटिल उपकरणों का उपयोग करके निर्धारित की जाती है।

प्रयोगात्मक डेटा के परिणाम तालिका 2 में दिखाए गए हैं।

तालिका 2

यह तालिका दर्शाती है कि दहन की विशिष्ट ऊष्मा, उदाहरण के लिए, गैसोलीन की 4.6 · 10 7 J / किग्रा है।

इसका मतलब है कि 1 किलो वजन वाले गैसोलीन के पूर्ण दहन से 4.6 10 7 J ऊर्जा निकलती है।

m किलो ईंधन के दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा Q की कुल मात्रा की गणना सूत्र द्वारा की जाती है

प्रशन

1. ईंधन के दहन की विशिष्ट ऊष्मा कितनी होती है?
2. ईंधन के दहन की विशिष्ट ऊष्मा को किस इकाई में मापा जाता है?
3. अभिव्यक्ति "1.4 10 7 J / किग्रा के बराबर ईंधन के दहन की विशिष्ट गर्मी" का क्या अर्थ है? ईंधन के दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा की गणना कैसे की जाती है?

व्यायाम 9

1. पूर्ण दहन के दौरान कितनी ऊष्मा निकलती है लकड़ी का कोयला 15 किलो वजन; 200 ग्राम वजन वाली शराब?
2. तेल के पूर्ण दहन के दौरान कितनी ऊष्मा निकलेगी, जिसका द्रव्यमान 2.5 टन है; मिट्टी का तेल, जिसकी मात्रा 2 लीटर है, और घनत्व 800 किग्रा / मी 3 है?
3. सूखी जलाऊ लकड़ी के पूर्ण दहन के साथ, 50,000 kJ ऊर्जा जारी की गई। जलाऊ लकड़ी कितनी जली?

व्यायाम

तालिका 2 का उपयोग करते हुए, जलाऊ लकड़ी, शराब, तेल, हाइड्रोजन के दहन की विशिष्ट गर्मी के लिए एक बार चार्ट बनाएं, पैमाने को निम्नानुसार चुनें: आयत की चौड़ाई 1 सेल है, 2 मिमी की ऊंचाई 10 जे से मेल खाती है।