Ukazuje sa špecifické spalné teplo paliva. Čo si vybrať: plyn alebo nafta

Rôzne druhy palivá (tuhé, kvapalné a plynné) sa vyznačujú všeobecnými a špecifickými vlastnosťami. Komu všeobecné vlastnosti palivá zahŕňajú špecifické spalné teplo a vlhkosť, špecifické - obsah popola, obsah síry (obsah síry), hustotu, viskozitu a ďalšie vlastnosti.

Špecifické teplo spaľovanie paliva je množstvo tepla, ktoré sa uvoľní pri úplnom spaľovaní \(1\) kg tuhého alebo kvapalného paliva alebo \(1\) m³ plynného paliva.

Energetickú hodnotu paliva určuje predovšetkým jeho špecifické spalné teplo.

Špecifické spalné teplo sa označuje písmenom \(q\). Jednotkou merného spaľovacieho tepla je \(1\) J/kg pre tuhé a kvapalné palivá a \(1\) J/m³ pre plynné palivá.

Špecifické spalné teplo sa experimentálne určuje pomerne zložitými metódami.

Tabuľka 2. Merné spalné teplo niektorých druhov palív.

tuhé palivo

Látka	Špecifické spalné teplo,
Hnedé uhlie
Drevené uhlie
Palivové drevo suché
drevené kliny
Uhlie
Uhlie triedy A-II
koks
Prášok
Rašelina

Kvapalné palivo

plynné palivo

(za normálnych podmienok)

Látka	Špecifické spalné teplo,
Vodík
generátorový plyn
koksárenský plyn
Zemný plyn
Plyn

Z tejto tabuľky je vidieť, že najvyššie je špecifické spalné teplo vodíka, je to \(120\) MJ / m³. To znamená, že úplným spálením vodíka o objeme \(1\) m³ sa uvoľní \(120\) MJ \(=\)\(120\) ⋅ 10 6 J energie.

Vodík patrí medzi vysokoenergetické palivá. Okrem toho je produktom spaľovania vodíka obyčajná voda, na rozdiel od iných druhov palív, kde produktmi spaľovania sú oxid uhličitý a oxid uhoľnatý, popol a pecná troska. To robí z vodíka najekologickejšie palivo.

Plynný vodík je však výbušný. Navyše má v porovnaní s inými plynmi pri rovnakej teplote a tlaku najnižšiu hustotu, čo sťažuje skvapalňovanie vodíka a jeho transport.

Celkové množstvo tepla \(Q\) uvoľneného počas úplného spaľovania \(m\) kg tuhého alebo kvapalného paliva sa vypočíta podľa vzorca:

Celkové množstvo tepla \(Q\) uvoľneného počas úplného spaľovania \(V\) m³ plynného paliva sa vypočíta podľa vzorca:

Vlhkosť (obsah vlhkosti) paliva znižuje jeho výhrevnosť, pretože sa zvyšuje spotreba tepla na odparovanie vlhkosti a zvyšuje sa objem splodín horenia (v dôsledku prítomnosti vodnej pary).
Obsah popola je množstvo popola vytvoreného počas spaľovania minerály obsiahnuté v palive. Minerálne látky obsiahnuté v palive znižujú jeho výhrevnosť, nakoľko sa znižuje obsah horľavých zložiek (hlavný dôvod) a zvyšuje sa spotreba tepla na ohrev a tavenie minerálnej hmoty.
Obsah síry (obsah síry) sa vzťahuje na negatívny palivový faktor, pretože pri spaľovaní vznikajú plyny oxidu siričitého, ktoré znečisťujú atmosféru a ničia kov. Okrem toho síra obsiahnutá v palive čiastočne prechádza do roztaveného kovu, zváranej sklenenej hmoty, čím sa znižuje ich kvalita. Napríklad na tavenie krištáľových, optických a iných skiel nemožno použiť palivo obsahujúce síru, pretože síra výrazne znižuje optické vlastnosti a farbu skla.

AT túto lekciu naučíme sa vypočítať množstvo tepla, ktoré palivo uvoľní pri spaľovaní. Okrem toho zvážte vlastnosti paliva - špecifické spalné teplo.

Keďže celý náš život je založený na pohybe a pohyb je väčšinou založený na spaľovaní paliva, štúdium tejto témy je veľmi dôležité pre pochopenie témy „Tepelné javy“.

Po preštudovaní problematiky súvisiacej s množstvom tepla a špecifické teplo, uvažujme množstvo tepla uvoľneného pri spaľovaní paliva.

Definícia

Palivo- látka, ktorá pri niektorých procesoch (spaľovanie, jadrové reakcie) uvoľňuje teplo. Je zdrojom energie.

Palivo sa deje pevné, kvapalné a plynné(obr. 1).

Ryža. 1. Druhy paliva

• Pevné palivá sú uhlia a rašeliny.
• Kvapalné palivá sú ropa, benzín a iné ropné produkty.
• Plynné palivá zahŕňajú zemný plyn.
• Samostatne možno rozlíšiť veľmi bežné v nedávne časy jadrové palivo.

Spaľovanie paliva je chemický proces, ktorý je oxidačný. Počas spaľovania sa atómy uhlíka spájajú s atómami kyslíka a vytvárajú molekuly. V dôsledku toho sa uvoľňuje energia, ktorú človek využíva na svoje účely (obr. 2).

Ryža. 2. Vzdelávanie oxid uhličitý

Na charakterizáciu paliva sa používa takáto charakteristika ako kalorická hodnota. Výhrevnosť ukazuje, koľko tepla sa uvoľní pri spaľovaní paliva (obr. 3). V kalorickej fyzike tomu pojem zodpovedá špecifické spalné teplo látky.

Ryža. 3. Špecifické spalné teplo

Definícia

Špecifické spalné teplo - fyzikálne množstvo, ktorý charakterizuje palivo, sa číselne rovná množstvu tepla, ktoré sa uvoľní pri úplnom spaľovaní paliva.

Merné spalné teplo sa zvyčajne označuje písmenom . Jednotky:

V jednotkách merania nie je , pretože spaľovanie paliva prebieha pri takmer konštantnej teplote.

Špecifické spalné teplo sa určuje empiricky pomocou sofistikovaných prístrojov. Na riešenie problémov však existujú špeciálne tabuľky. Nižšie uvádzame hodnoty špecifického spaľovacieho tepla pre niektoré druhy paliva.

Látka

Tabuľka 4. Merné spalné teplo niektorých látok

Z uvedených hodnôt je zrejmé, že pri spaľovaní sa uvoľňuje obrovské množstvo tepla, preto sa používajú jednotky merania (megajouly) a (gigajouly).

Na výpočet množstva tepla, ktoré sa uvoľňuje pri spaľovaní paliva, sa používa nasledujúci vzorec:

Tu: - hmotnosť paliva (kg), - špecifické spalné teplo paliva ().

Na záver poznamenávame, že väčšina paliva, ktoré ľudstvo používa, sa skladuje pomocou slnečnej energie. Uhlie, ropa, plyn – to všetko vzniklo na Zemi vplyvom Slnka (obr. 4).

Ryža. 4. Tvorba paliva

V ďalšej lekcii si povieme o zákone zachovania a premeny energie v mechanických a tepelných procesoch.

Zoznamliteratúre

1. Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlová V.A., Roizena I.I. Fyzika 8. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fyzika 8. - M.: Drop, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fyzika 8. - M.: Osveta.

1. Internetový portál "festival.1september.ru" ()
2. Internetový portál "school.xvatit.com" ()
3. Internetový portál "stringer46.narod.ru" ()

Domáca úloha

čo je palivo?

Ide o jednu zložku alebo zmes látok, ktoré sú schopné chemických premien spojených s uvoľňovaním tepla. Odlišné typy palivá sa líšia kvantitatívnym obsahom oxidačného činidla v nich, ktoré sa používa na uvoľnenie tepelnej energie.

V širšom zmysle je palivo nosič energie, teda potenciálny typ potenciálnej energie.

Klasifikácia

V súčasnosti sa palivá delia podľa stavu agregácie na kvapalné, tuhé, plynné.

Až ťažko prirodzený vzhľad zahŕňajú kameň a palivové drevo, antracit. Brikety, koks, termoantracit sú odrody umelého tuhého paliva.

Medzi tekutiny patria látky, ktoré obsahujú látky organického pôvodu. Ich hlavné zložky sú: kyslík, uhlík, dusík, vodík, síra. Umelým kvapalným palivom budú rôzne živice, vykurovací olej.

Ide o zmes rôznych plynov: etylén, metán, propán, bután. Okrem nich plynné palivo obsahuje oxid uhličitý a oxid uhoľnatý, sírovodík, dusík, vodnú paru a kyslík.

Indikátory paliva

Hlavným ukazovateľom spaľovania. Vzorec na určenie výhrevnosti sa uvažuje v termochémii. emitujú „referenčné palivo“, čo znamená výhrevnosť 1 kilogramu antracitu.

Vykurovací olej pre domácnosť je určený na spaľovanie vo vykurovacích zariadeniach s nízkym výkonom, ktoré sú umiestnené v obytných priestoroch, generátoroch tepla používaných v poľnohospodárstvo na sušenie krmiva, konzervovanie.

Merné spalné teplo paliva je taká hodnota, ktorá preukazuje množstvo tepla, ktoré vznikne pri úplnom spálení paliva o objeme 1 m 3 alebo hmotnosti jedného kilogramu.

Na meranie tejto hodnoty sa používajú J / kg, J / m 3, kalórie / m 3. Na stanovenie spaľovacieho tepla použite metódu kalorimetrie.

S nárastom merného spaľovacieho tepla paliva klesá merná spotreba paliva a koeficient užitočná akcia zostáva rovnaká hodnota.

Spalné teplo látok je množstvo energie uvoľnenej pri oxidácii pevnej, kvapalnej, plynnej látky.

Je určený chemickým zložením, ako aj stavom agregácie horľavej látky.

Vlastnosti produktov spaľovania

Vyššia a nižšia výhrevnosť je spojená so stavom agregácie vody v látkach získaných po spaľovaní paliva.

Spalné teplo je množstvo tepla uvoľneného počas úplného spaľovania látky. Táto hodnota zahŕňa kondenzačné teplo vodnej pary.

Dolná pracovná výhrevnosť je hodnota, ktorá zodpovedá uvoľňovaniu tepla pri spaľovaní bez zohľadnenia kondenzačného tepla vodnej pary.

Latentné kondenzačné teplo je hodnota energie kondenzácie vodnej pary.

Matematický vzťah

S vyššou a nižšou výhrevnosťou súvisí nasledujúci vzťah:

QB = QH + k(W + 9H)

kde W je hmotnostné množstvo (v %) vody v horľavej látke;

H je množstvo vodíka (% hmotnosti) v horľavej látke;

k - koeficient 6 kcal/kg

Metódy výpočtu

Vyššia a nižšia výhrevnosť sa určuje dvoma hlavnými metódami: výpočtovou a experimentálnou.

Na experimentálne výpočty sa používajú kalorimetre. Najprv sa v ňom spáli vzorka paliva. Teplo, ktoré sa v tomto prípade uvoľní, je úplne absorbované vodou. Ak máme predstavu o hmotnosti vody, je možné určiť hodnotu jej spaľovacieho tepla zmenou jej teploty.

Táto technika sa považuje za jednoduchú a efektívnu, predpokladá len znalosť údajov technickej analýzy.

Vo výpočtovej metóde sa najvyššia a najnižšia výhrevnosť vypočíta podľa Mendelejevovho vzorca.

Q p H \u003d 339 C p + 1030 H p -109 (Op - S p) - 25 W p (kJ / kg)

Zohľadňuje obsah uhlíka, kyslíka, vodíka, vodnej pary, síry v pracovnom zložení (v percentách). Množstvo tepla počas spaľovania sa určuje s prihliadnutím na referenčné palivo.

Spaľovacie teplo plynu vám umožňuje vykonať predbežné výpočty na identifikáciu účinnosti použitia určitého typu paliva.

Vlastnosti pôvodu

Aby sme pochopili, koľko tepla sa uvoľňuje pri spaľovaní určitého paliva, je potrebné mať predstavu o jeho pôvode.

V prírode existuje rôzne varianty tuhé palivá, ktoré sa líšia zložením a vlastnosťami.

Jeho tvorba prebieha v niekoľkých fázach. Najprv sa vytvorí rašelina, potom sa získa hnedé a čierne uhlie, potom sa vytvorí antracit. Hlavnými zdrojmi tvorby tuhého paliva sú listy, drevo a ihličie. Odumierajúce časti rastlín, keď sú vystavené vzduchu, sú zničené hubami a tvoria rašelinu. Jeho akumulácia sa zmení na hnedú hmotu, potom sa získa hnedý plyn.

O vysoký tlak a teplotou sa hnedý plyn mení na uhlie, potom sa palivo hromadí vo forme antracitu.

Okrem organických látok je v palive ďalší balast. Za organické sa považuje tá časť, ktorá bola vytvorená z organických látok: vodík, uhlík, dusík, kyslík. Okrem týchto chemických prvkov obsahuje balast: vlhkosť, popol.

Technológia pecí zahŕňa prideľovanie pracovnej, suchej, ako aj horľavej hmoty spáleného paliva. Pracovná hmota sa nazýva palivo v pôvodnej forme dodávané spotrebiteľovi. Suchá hmotnosť je kompozícia, v ktorej nie je žiadna voda.

Zlúčenina

Najcennejšie zložky sú uhlík a vodík.

Tieto prvky sa nachádzajú v akomkoľvek type paliva. V rašeline a dreve dosahuje podiel uhlíka 58 percent, v čiernom a hnedom uhlí - 80% a v antracite dosahuje 95 percent hmotnosti. V závislosti od tohto indikátora sa mení množstvo tepla uvoľneného počas spaľovania paliva. Vodík je druhým najdôležitejším prvkom každého paliva. Pri kontakte s kyslíkom vytvára vlhkosť, čo výrazne znižuje tepelnú hodnotu akéhokoľvek paliva.

Jeho percentuálny podiel sa pohybuje od 3,8 v ropných bridliciach po 11 v vykurovacom oleji. Kyslík, ktorý je súčasťou paliva, pôsobí ako balast.

Nie je to chemický prvok vytvárajúci teplo, preto negatívne ovplyvňuje hodnotu jeho spaľovacieho tepla. Spaľovanie dusíka obsiahnutého vo voľnej alebo viazanej forme v produktoch spaľovania sa považuje za škodlivé nečistoty, preto je jeho množstvo jednoznačne obmedzené.

Síra je obsiahnutá v zložení paliva vo forme síranov, sulfidov a tiež ako plynný oxid siričitý. Pri hydratácii oxidy síry tvoria kyselinu sírovú, ktorá ničí kotlové zariadenia a nepriaznivo ovplyvňuje vegetáciu a živé organizmy.

Preto je síra chemický prvok, ktorého prítomnosť v prírodnom palive je vysoko nežiaduca. Pri vstupe do pracovnej miestnosti spôsobujú zlúčeniny síry značnú otravu obsluhujúceho personálu.

Existujú tri druhy popola v závislosti od jeho pôvodu:

• primárny;
• sekundárne;
• terciárne.

Primárna forma sa tvorí z minerálnych látok obsiahnutých v rastlinách. Sekundárny popol sa tvorí v dôsledku požitia počas tvorby rastlinné zvyšky piesok a zem.

Ukazuje sa, že terciárny popol je súčasťou paliva v procese ťažby, skladovania a tiež jeho prepravy. Pri výraznom ukladaní popola dochádza k poklesu prenosu tepla na vykurovacej ploche kotlovej jednotky, znižuje sa množstvo prenosu tepla do vody z plynov. Obrovské množstvo popola negatívne ovplyvňuje prevádzku kotla.

Konečne

Prchavé látky majú významný vplyv na proces spaľovania akéhokoľvek druhu paliva. Čím väčší je ich výkon, tým väčší bude objem čela plameňa. Napríklad uhlie, rašelina sa ľahko vznieti, proces je sprevádzaný nevýznamnými tepelnými stratami. Koks, ktorý zostane po odstránení prchavých nečistôt, obsahuje iba minerálne a uhlíkaté zlúčeniny. V závislosti od charakteristík paliva sa množstvo tepla výrazne líši.

Záležiac ​​na chemické zloženie Pri tvorbe tuhých palív existujú tri stupne: rašelina, lignit, uhlie.

Prírodné drevo sa používa v malých kotolniach. Väčšinou sa používa drevná štiepka, piliny, dosky, kôra, samotné palivové drevo sa používa v malom množstve. V závislosti od druhu dreva sa množstvo uvoľneného tepla výrazne líši.

S klesajúcou výhrevnosťou získava palivové drevo určité výhody: rýchlu horľavosť, minimálny obsah popola a absenciu stôp síry.

Spoľahlivé informácie o zložení prírodných alebo syntetických palív, ich výhrevnosti, sú výborným spôsobom na vykonávanie termochemických výpočtov.

V súčasnosti existuje skutočná príležitosť identifikovať tie hlavné možnosti pre tuhé, plynné, kvapalné palivá, ktoré budú v konkrétnej situácii najefektívnejšie a najlacnejšie.

5. TEPELNÁ ROVNOVÁHA SPAĽOVANIA

Zvážte metódy výpočtu tepelná bilancia spaľovací proces plynných, kvapalných a tuhé palivá. Výpočet je zredukovaný na riešenie nasledujúcich problémov.

· Stanovenie spalného tepla (výhrevnosti) paliva.

· Stanovenie teoretickej teploty spaľovania.

5.1. PÁLENIE

Chemické reakcie sú sprevádzané uvoľňovaním alebo absorpciou tepla. Keď sa teplo uvoľní, reakcia sa nazýva exotermická a keď je absorbovaná, nazýva sa endotermická. Všetky spaľovacie reakcie sú exotermické a produkty horenia sú exotermické zlúčeniny.

Uvoľnené (alebo absorbované) počas kurzu chemická reakcia teplo sa nazýva reakčné teplo. Pri exotermických reakciách je pozitívny, pri endotermických reakciách je negatívny. Reakcia horenia je vždy sprevádzaná uvoľňovaním tepla. Spaľovacie teplo Q g(J / mol) je množstvo tepla, ktoré sa uvoľní pri úplnom spaľovaní jedného mólu látky a premene horľavej látky na produkty úplného spaľovania. Mol je základná jednotka SI pre množstvo látky. Jeden mol je také množstvo látky, ktoré obsahuje toľko častíc (atómov, molekúl atď.), koľko je atómov v 12 g izotopu uhlíka-12. Hmotnosť množstva látky rovnajúcej sa 1 mólu (molekulová alebo molárna hmota) sa číselne zhoduje s relatívnou molekulovou hmotnosťou danej látky.

Napríklad relatívna molekulová hmotnosť kyslíka (02) je 32, oxidu uhličitého (C02) je 44 a zodpovedajúce molekulové hmotnosti by boli M=32 g/mol a M=44 g/mol. Jeden mol kyslíka teda obsahuje 32 gramov tejto látky a jeden mol CO2 obsahuje 44 gramov oxidu uhličitého.

V technických výpočtoch sa často nepoužíva spaľovacie teplo Q g a výhrevnosť paliva Q(J/kg alebo J/m3). Výhrevnosť látky je množstvo tepla, ktoré sa uvoľní pri úplnom spálení 1 kg alebo 1 m 3 látky. Pre tekuté a pevné látky výpočet sa vykonáva na 1 kg a pre plynné - na 1 m 3.

Znalosť spaľovacieho tepla a výhrevnosti paliva je potrebná na výpočet teploty horenia alebo výbuchu, výbuchového tlaku, rýchlosti šírenia plameňa a ďalších charakteristík. Výhrevnosť paliva sa zisťuje buď experimentálne alebo výpočtom. Pri experimentálnom stanovení výhrevnosti sa daná hmotnosť tuhého alebo kvapalného paliva spaľuje v kalorimetrickej bombe, v prípade plynného paliva v plynovom kalorimetri. Tieto zariadenia merajú celkové teplo Q 0 , uvoľnené počas spaľovania vzorky váženia paliva m. Kalorická hodnota Q g sa nachádza podľa vzorca

Vzťah medzi spaľovacím teplom a
výhrevnosť paliva

Na stanovenie vzťahu medzi spaľovacím teplom a výhrevnosťou látky je potrebné zapísať rovnicu pre chemickú reakciu spaľovania.

Produktom úplného spaľovania uhlíka je oxid uhličitý:

C + O2 → CO2.

Produktom úplného spaľovania vodíka je voda:

2H2 + 02 -> 2H20.

Produktom úplného spaľovania síry je oxid siričitý:

S + O2 → SO2.

Zároveň sa vo voľnej forme uvoľňuje dusík, halogenidy a iné nehorľavé prvky.

horľavý plyn

Ako príklad si vypočítame výhrevnosť metánu CH 4, pre ktorý sa spalné teplo rovná Q g=882.6 .

Určte molekulovú hmotnosť metánu v súlade s jeho chemický vzorec(CH 4):

M = 1,12 + 4,1 = 16 g/mol.

Poďme definovať kalorická hodnota 1 kg metánu:

Nájdite objem 1 kg metánu, keď poznáme jeho hustotu ρ=0,717 kg/m 3 za normálnych podmienok:

.

Určte výhrevnosť 1 m 3 metánu:

Výhrevnosť všetkých horľavých plynov sa určuje podobne. Pre mnohé bežné látky boli výhrevné hodnoty a výhrevné hodnoty namerané s vysokou presnosťou a sú uvedené v príslušnej referenčnej literatúre. Uveďme tabuľku hodnôt výhrevnosti niektorých plynných látok (tabuľka 5.1). Hodnota Q v tejto tabuľke sa uvádza v MJ / m 3 a v kcal / m 3, pretože ako jednotka tepla sa často používa 1 kcal = 4,1868 kJ.

Tabuľka 5.1

Výhrevnosť plynných palív

Látka			acetylén
Q

Horľavá látka - kvapalná alebo tuhá

Ako príklad si vypočítame výhrevnosť etylalkoholu C 2 H 5 OH, pre ktorý je spalné teplo Q g= 1373,3 kJ/mol.

Určte molekulovú hmotnosť etylalkoholu podľa jeho chemického vzorca (C 2 H 5 OH):

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

Určte výhrevnosť 1 kg etylalkoholu:

Výhrevnosť všetkých kvapalných a pevných horľavín sa určuje podobne. V tabuľke. 5.2 a 5.3 sú uvedené hodnoty výhrevnosti Q(MJ/kg a kcal/kg) pre niektoré tekuté a tuhé látky.

Tabuľka 5.2

Výhrevnosť kvapalných palív

Látka		Metylalkohol	Etanol			Vykurovací olej, olej
Q

Tabuľka 5.3

Výhrevnosť tuhých palív

Látka		drevo čerstvé	drevo suché	Hnedé uhlie	Suchá rašelina	Antracit, koks
Q

Mendelejevov vzorec

Ak nie je výhrevnosť paliva známa, možno ju vypočítať pomocou empirického vzorca navrhnutého D.I. Mendelejev. Aby ste to dosiahli, musíte poznať elementárne zloženie paliva (ekvivalentný vzorec paliva), to znamená percento nasledujúcich prvkov v ňom:

kyslík (O);

vodík (H);

uhlík (C);

síra (S);

popol (A);

Voda (W).

Splodiny horenia palív vždy obsahujú vodnú paru, ktorá vzniká jednak prítomnosťou vlhkosti v palive a jednak pri spaľovaní vodíka. Odpadové produkty spaľovania opúšťajú priemyselný závod pri teplote nad teplotou rosného bodu. Preto teplo, ktoré sa uvoľňuje pri kondenzácii vodnej pary, nemožno užitočne využiť a nemalo by sa brať do úvahy pri tepelných výpočtoch.

Na výpočet sa zvyčajne používa čistá výhrevnosť. Q n palivo, ktoré zohľadňuje tepelné straty vodnou parou. Pre tuhé a kvapalné palivá hodnota Q n(MJ / kg) je približne určená Mendelejevovým vzorcom:

Q n=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

kde percentuálny (hmotn. %) obsah zodpovedajúcich prvkov v zložení paliva je uvedený v zátvorkách.

Tento vzorec berie do úvahy teplo exotermických spaľovacích reakcií uhlíka, vodíka a síry (so znamienkom plus). Kyslík, ktorý je súčasťou paliva, čiastočne nahrádza kyslík vo vzduchu, preto sa zodpovedajúci výraz vo vzorci (5.1) berie so znamienkom mínus. Keď sa vlhkosť odparí, teplo sa spotrebuje, takže zodpovedajúci výraz obsahujúci W sa tiež berie so znamienkom mínus.

Porovnanie vypočítaných a experimentálnych údajov o výhrevnosti rôznych palív (drevo, rašelina, uhlie, olej) ukázalo, že výpočet podľa Mendelejevovho vzorca (5.1) dáva chybu nepresahujúcu 10 %.

Čistá výhrevnosť Q n(MJ / m 3) suchých horľavých plynov je možné s dostatočnou presnosťou vypočítať ako súčet súčinov výhrevnosti jednotlivých zložiek a ich percentuálneho zastúpenia v 1 m 3 plynného paliva.

Q n= 0,108[H2] + 0,126[СО] + 0,358[CH4] + 0,5[С2H2] + 0,234[H2S]…, (5,2)

kde v zátvorkách je uvedený percentuálny (obj. %) obsah zodpovedajúcich plynov v zmesi.

Priemerná výhrevnosť zemného plynu je približne 53,6 MJ/m 3 . V umelo vyrobených horľavých plynoch je obsah metánu CH 4 zanedbateľný. Hlavnými horľavými zložkami sú vodík H 2 a oxid uhoľnatý CO. Napríklad v koksárenskom plyne dosahuje obsah H 2 (55 ÷ 60) % a výhrevnosť takéhoto plynu dosahuje 17,6 MJ/m 3 . V generátorovom plyne je obsah CO ~ 30 % a H 2 ~ 15 %, pričom výhrevnosť generátorového plynu Q n= (5,2÷6,5) MJ/m3. Vo vysokopecnom plyne je obsah CO a H 2 nižší; rozsah Q n= (4,0÷4,2) MJ/m3.

Zvážte príklady výpočtu výhrevnosti látok pomocou Mendelejevovho vzorca.

Stanovme si výhrevnosť uhlia, ktorého elementárne zloženie je uvedené v tabuľke. 5.4.

Tabuľka 5.4

Elementárne zloženie uhlia

Nahradíme uvedené v tab. 5.4 údaje v Mendelejevovom vzorci (5.1) (dusík N a popol A nie sú zahrnuté v tomto vzorci, pretože ide o inertné látky a nezúčastňujú sa spaľovacej reakcie):

Q n=0,339∙37,2+1,025∙2,6+0,1085∙0,6–0,1085∙12–0,025∙40=13,04 MJ/kg.

Stanovme množstvo palivového dreva potrebného na ohrev 50 litrov vody z 10 ° C na 100 ° C, ak sa 5 % tepla uvoľneného pri spaľovaní spotrebuje na vykurovanie, a tepelnú kapacitu vody s\u003d 1 kcal / (kg ∙ stupňov) alebo 4,1868 kJ / (kg ∙ stupňov). Elementárne zloženie palivového dreva je uvedené v tabuľke. 5.5:

Tabuľka 5.5

Elementárne zloženie palivového dreva

	Zistime výhrevnosť palivového dreva podľa Mendelejevovho vzorca (5.1): Q n=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg. Určte množstvo tepla vynaloženého na ohrev vody pri spaľovaní 1 kg palivového dreva (berúc do úvahy skutočnosť, že 5 % tepla (a = 0,05) uvoľneného pri spaľovaní sa spotrebuje na jeho ohrev): Q 2=a Q n= 0,05 17,12 = 0,86 MJ/kg. Určte množstvo palivového dreva potrebného na zohriatie 50 litrov vody z 10 °C na 100 °C: kg. Na ohrev vody je teda potrebných asi 22 kg palivového dreva.

Je známe, že zdrojom energie využívanej v priemysle, doprave, poľnohospodárstve a domácnostiach je palivo. Sú to uhlie, ropa, rašelina, palivové drevo, zemný plyn atď. Pri spaľovaní paliva sa uvoľňuje energia. Pokúsme sa zistiť, ako sa v tomto prípade uvoľňuje energia.

Pripomeňme si štruktúru molekuly vody (obr. 16, a). Pozostáva z jedného atómu kyslíka a dvoch atómov vodíka. Ak je molekula vody rozdelená na atómy, potom je potrebné prekonať príťažlivé sily medzi atómami, t.j. konať prácu, a teda vynaložiť energiu. Naopak, ak sa atómy spoja a vytvoria molekulu, energia sa uvoľní.

Použitie paliva je založené práve na fenoméne uvoľňovania energie pri spájaní atómov. Napríklad atómy uhlíka obsiahnuté v palive sa počas spaľovania kombinujú s dvoma atómami kyslíka (obr. 16, b). V tomto prípade vzniká molekula oxidu uhoľnatého – oxid uhličitý – a uvoľňuje sa energia.

Ryža. 16. Štruktúra molekúl:
voda; b - spojenie atómu uhlíka a dvoch atómov kyslíka do molekuly oxidu uhličitého

Pri navrhovaní motorov musí inžinier presne vedieť, koľko tepla môže spaľované palivo uvoľniť. Na to je potrebné experimentálne určiť, koľko tepla sa uvoľní pri úplnom spaľovaní rovnakého množstva paliva rôznych typov.

Fyzikálna veličina udávajúca, koľko tepla sa uvoľní pri úplnom spaľovaní paliva s hmotnosťou 1 kg, sa nazýva merné spaľovacie teplo paliva.

Merné spalné teplo sa označuje písmenom q. Jednotkou špecifického spaľovacieho tepla je 1 J/kg.

Špecifické spalné teplo sa určuje experimentálne pomocou pomerne zložitých prístrojov.

Výsledky experimentálnych údajov sú uvedené v tabuľke 2.

tabuľka 2

Táto tabuľka ukazuje, že špecifické spalné teplo napríklad benzínu je 4,6 10 7 J / kg.

To znamená, že pri úplnom spálení benzínu s hmotnosťou 1 kg sa uvoľní 4,6 10 7 J energie.

Celkové množstvo tepla Q uvoľneného pri spaľovaní m kg paliva sa vypočíta podľa vzorca

Otázky

1. Aké je špecifické spalné teplo paliva?
2. V akých jednotkách sa meria špecifické spalné teplo paliva?
3. Čo znamená výraz „merné spalné teplo paliva 1,4 10 7 J / kg“? Ako sa vypočíta množstvo tepla uvoľneného pri spaľovaní paliva?

Cvičenie 9

1. Koľko tepla sa uvoľní počas úplného spaľovania drevené uhlie hmotnosť 15 kg; alkohol s hmotnosťou 200 g?
2. Koľko tepla sa uvoľní pri úplnom spaľovaní oleja, ktorého hmotnosť je 2,5 tony; petrolej, ktorého objem je 2 litre a hustota je 800 kg / m 3?
3. Pri úplnom spaľovaní suchého palivového dreva sa uvoľnilo 50 000 kJ energie. Koľko palivového dreva spálilo?

Cvičenie

Pomocou tabuľky 2 zostavte stĺpcový graf pre špecifické spalné teplo palivového dreva, alkoholu, oleja, vodíka, pričom mierku zvoľte takto: šírka obdĺžnika je 1 bunka, výška 2 mm zodpovedá 10 J.