Specifična toplota sagorevanja gasa. Prirodni plin i njegova kalorijska vrijednost za kućnu upotrebu

Tabele pokazuju masu specifična toplota sagorevanje goriva (tečnog, čvrstog i gasovitog) i nekih drugih zapaljivih materijala. Razmatrana su sledeća goriva: ugalj, ogrevno drvo, koks, treset, kerozin, nafta, alkohol, benzin, prirodni gas itd.

Lista tabela:

Tokom egzotermne reakcije oksidacije goriva, njegova hemijska energija se pretvara u toplotnu energiju uz oslobađanje određene količine toplote. Rezultat toplotnu energiju se obično naziva toplota sagorevanja goriva. Zavisi od njegovog hemijskog sastava, vlažnosti i glavni je. Toplina sagorevanja goriva po 1 kg mase ili 1 m 3 zapremine čini masu ili zapreminsku specifičnu toplotu sagorevanja.

Specifična toplota sagorevanja goriva je količina toplote koja se oslobađa tokom potpunog sagorevanja jedinice mase ili zapremine čvrste, tečne ili gasovito gorivo. IN Međunarodni sistem jedinicama, ova vrijednost se mjeri u J/kg ili J/m 3.

Specifična toplota sagorevanja goriva može se odrediti eksperimentalno ili izračunati analitički. Eksperimentalne metode za određivanje kalorijske vrijednosti zasnivaju se na praktičnom mjerenju količine topline koja se oslobađa pri sagorijevanju goriva, na primjer u kalorimetru s termostatom i bombom za sagorijevanje. Za gorivo sa poznatim hemijski sastav Specifična toplina sagorijevanja može se odrediti pomoću formule Mendeljejeva.

Postoje veće i niže specifične toplote sagorevanja. Veća kalorijska vrijednost je maksimalan broj toplina koja se oslobađa tijekom potpunog sagorijevanja goriva, uzimajući u obzir toplinu koja se troši na isparavanje vlage sadržane u gorivu. Neto kalorijska vrijednost manje od vrijednosti veća za količinu toplote kondenzacije, koja nastaje od vlage goriva i vodonika organske mase, koja se tokom sagorevanja pretvara u vodu.

Za određivanje pokazatelja kvaliteta goriva, kao iu termičkim proračunima obično koriste najnižu specifičnu toplinu sagorijevanja, što je najvažnija termička i performansna karakteristika goriva i prikazana je u tabelama ispod.

Specifična toplota sagorevanja čvrstih goriva (ugalj, ogrevno drvo, treset, koks)

U tabeli su prikazane vrijednosti specifične topline sagorijevanja suhog čvrstog goriva u dimenziji MJ/kg. Gorivo u tabeli je poredano po nazivima po abecednom redu.

Od razmatranih čvrstih goriva, najvišu toplotnu vrijednost ima koksni ugalj - njegova specifična toplina sagorijevanja je 36,3 MJ/kg (ili u SI jedinicama 36,3·10 6 J/kg). Osim toga, karakteristična je visoka toplina sagorijevanja ugalj, antracit, drveni i mrki ugalj.

Goriva sa niskom energetskom efikasnošću uključuju drvo, ogrevno drvo, barut, mleveni treset i uljni škriljac. Na primjer, specifična toplina sagorijevanja drva za ogrjev je 8,4...12,5, a baruta samo 3,8 MJ/kg.

Specifična toplota sagorevanja čvrstih goriva (ugalj, ogrevno drvo, treset, koks)

Gorivo
Antracit	26,8…34,8
Drveni peleti (peleti)	18,5
Suvo ogrevno drvo	8,4…11
Ogrevno drvo od suhe breze	12,5
Gasni koks	26,9
Eksplozija koksa	30,4
Polukoks	27,3
Puder	3,8
Slate	4,6…9
Uljni škriljci	5,9…15
Čvrsto raketno gorivo	4,2…10,5
Treset	16,3
Vlaknasti treset	21,8
Mljeveni treset	8,1…10,5
Tresetna mrvica	10,8
Mrki ugalj	13…25
Mrki ugalj (briketi)	20,2
Mrki ugalj (prašina)	25
Donjeck ugalj	19,7…24
Ugalj	31,5…34,4
Ugalj	27
Koksni ugalj	36,3
Kuznjecki ugalj	22,8…25,1
Čeljabinsk ugalj	12,8
Ekibastuski ugalj	16,7
Frestorf	8,1
Šljaka	27,5

Specifična toplota sagorevanja tečnih goriva (alkohol, benzin, kerozin, ulje)

Data je tabela specifične toplote sagorevanja tečnog goriva i nekih drugih organskih tečnosti. Treba napomenuti da goriva kao što su benzin, dizel gorivo i ulje imaju veliko oslobađanje toplote tokom sagorevanja.

Specifična toplota sagorevanja alkohola i acetona je znatno niža od tradicionalnih motornih goriva. Štaviše, relativno niska vrijednost Tečno raketno gorivo ima kaloričnu vrijednost i - sa potpunim sagorijevanjem 1 kg ovih ugljovodonika, oslobodiće se količina toplote jednaka 9,2 i 13,3 MJ, respektivno.

Specifična toplota sagorevanja tečnih goriva (alkohol, benzin, kerozin, ulje)

Gorivo	Specifična toplota sagorevanja, MJ/kg
Aceton	31,4
Benzin A-72 (GOST 2084-67)	44,2
Avio-benzin B-70 (GOST 1012-72)	44,1
Benzin AI-93 (GOST 2084-67)	43,6
Benzen	40,6
Zimsko dizel gorivo (GOST 305-73)	43,6
Ljetno dizel gorivo (GOST 305-73)	43,4
Tečno raketno gorivo (kerozin + tečni kiseonik)	9,2
Avijacijski kerozin	42,9
Kerozin za rasvjetu (GOST 4753-68)	43,7
Xylene	43,2
Lož ulje sa visokim sadržajem sumpora	39
Lož ulje sa niskim sadržajem sumpora	40,5
Lož ulje sa niskim sadržajem sumpora	41,7
Sumporno lož ulje	39,6
metil alkohol (metanol)	21,1
n-butil alkohol	36,8
Ulje	43,5…46
Metansko ulje	21,5
Toluen	40,9
Vajt špirit (GOST 313452)	44
Etilen glikol	13,3
etil alkohol (etanol)	30,6

Specifična toplota sagorevanja gasovitih goriva i zapaljivih gasova

Prikazana je tabela specifične toplote sagorevanja gasovitog goriva i nekih drugih zapaljivih gasova u dimenziji MJ/kg. Od gasova koji se razmatraju, on ima najveću masenu specifičnu toplotu sagorevanja. Potpuno sagorevanje jednog kilograma ovog gasa će osloboditi 119,83 MJ toplote. Takođe, gorivo kao što je prirodni gas ima visoku toplotnu vrednost - specifična toplota sagorevanja prirodnog gasa je 41...49 MJ/kg (za čisti gas je 50 MJ/kg).

Specifična toplota sagorevanja gasovitog goriva i zapaljivih gasova (vodonik, prirodni gas, metan)

Gorivo	Specifična toplota sagorevanja, MJ/kg
1-Buten	45,3
Amonijak	18,6
Acetilen	48,3
Vodonik	119,83
Vodik, mješavina s metanom (50% H 2 i 50% CH 4 po težini)	85
Vodik, mješavina s metanom i ugljičnim monoksidom (33-33-33% po težini)	60
Vodik, mješavina s ugljičnim monoksidom (50% H 2 50% CO 2 po težini)	65
Plin iz visoke peći	3
Koksni plin	38,5
Tečni ugljikovodični plin LPG (propan-butan)	43,8
izobutan	45,6
Metan	50
n-butan	45,7
n-heksan	45,1
n-pentan	45,4
Povezani gas	40,6…43
Prirodni gas	41…49
Propadiene	46,3
Propan	46,3
propilen	45,8
Propilen, mješavina sa vodonikom i ugljičnim monoksidom (90%-9%-1% po težini)	52
Ethane	47,5
Etilen	47,2

Specifična toplota sagorevanja nekih zapaljivih materijala

Data je tabela specifične toplote sagorevanja nekih zapaljivih materijala (drvo, papir, plastika, slama, guma itd.). Treba obratiti pažnju na materijale sa visokim oslobađanjem toplote tokom sagorevanja. Takvi materijali uključuju: gumu raznih vrsta, ekspandirani polistiren (pjena), polipropilen i polietilen.

Specifična toplota sagorevanja nekih zapaljivih materijala

Gorivo	Specifična toplota sagorevanja, MJ/kg
Papir	17,6
Leatherette	21,5
Drvo (šipke sa 14% sadržaja vlage)	13,8
Drvo u hrpama	16,6
Hrastovo drvo	19,9
Drvo smreke	20,3
Drvo zeleno	6,3
Borovo drvo	20,9
Capron	31,1
Karbolit proizvodi	26,9
Karton	16,5
Stiren butadien guma SKS-30AR	43,9
Prirodna guma	44,8
Sintetička guma	40,2
Rubber SKS	43,9
Hloroprenska guma	28
Linoleum od polivinilklorida	14,3
Dvoslojni polivinilhloridni linoleum	17,9
Linoleum od polivinilklorida na bazi filca	16,6
Polivinilhloridni linoleum na toploj bazi	17,6
Linoleum od polivinil hlorida na platnu	20,3
Gumeni linoleum (Relin)	27,2
Parafin parafin	11,2
Polistirenska pjena PVC-1	19,5
Pjenasta plastika FS-7	24,4
Pjenasta plastika FF	31,4
Ekspandirani polistiren PSB-S	41,6
Poliuretanska pjena	24,3
Vlaknaste ploče	20,9
polivinil hlorid (PVC)	20,7
Polikarbonat	31
Polipropilen	45,7
Polistiren	39
Polietilen visokog pritiska	47
Polietilen niskog pritiska	46,7
Guma	33,5
Ruberoid	29,5
Kanalska čađ	28,3
Hay	16,7
Slama	17
Organsko staklo (pleksiglas)	27,7
Tekstolit	20,9
Tol	16
TNT	15
Pamuk	17,5
Celuloza	16,4
Vuna i vunena vlakna	23,1

Izvori:

1. GOST 147-2013 Čvrsto mineralno gorivo. Određivanje veće toplotne vrednosti i izračunavanje niže toplotne vrednosti.
2. GOST 21261-91 Naftni proizvodi. Metoda za određivanje veće toplotne vrednosti i izračunavanje niže toplotne vrednosti.
3. GOST 22667-82 Prirodni zapaljivi gasovi. Metoda proračuna za određivanje kalorijske vrijednosti, relativne gustine i Vobeovog broja.
4. GOST 31369-2008 Prirodni gas. Proračun kalorijske vrijednosti, gustine, relativne gustine i Vobeovog broja na osnovu sastava komponenti.
5. Zemsky G. T. Zapaljiva svojstva neorganskih i organskih materijala: referentna knjiga M.: VNIIPO, 2016 - 970 str.

Supstance organskog porijekla uključuju goriva koja pri sagorijevanju oslobađaju određenu količinu toplinske energije. Proizvodnja toplote mora biti okarakterisana visokom efikasnošću i odsustvom nuspojava, posebno supstanci štetnih po zdravlje ljudi i životnu sredinu.

Radi lakšeg utovara u ložište, drveni materijal se reže na pojedinačne elemente dužine do 30 cm.Da bi se povećala efikasnost njihove upotrebe, drvo za ogrev mora biti što suvo, a proces sagorevanja mora biti relativno spor. U mnogim aspektima, drvo od tvrdog drveta kao što su hrast i breza, lijeska i jasen, te glog pogodno je za grijanje prostorija. Zbog visokog sadržaja smole, povećana brzina sagorijevanje i niska kalorijska vrijednost četinarsko drveće u tom pogledu su značajno inferiorni.

Treba shvatiti da na vrijednost kalorijske vrijednosti utiče gustina drveta.

To je prirodni materijal biljnog porijekla, ekstrahovan iz sedimentnih stijena.

Ova vrsta čvrstog goriva sadrži ugljenik i druge hemijski elementi. Postoji podjela materijala na vrste u zavisnosti od starosti. Mrki ugalj se smatra najmlađim, zatim kamenim ugljem, a antracit je stariji od svih ostalih vrsta. Starost zapaljive tvari također određuje njenu vlažnost, koja je prisutnija u mladom materijalu.

Prilikom sagorijevanja uglja dolazi do zagađivanja okoliša, a na rešetkama kotla se stvara šljaka koja u određenoj mjeri stvara prepreku normalnom sagorijevanju. Prisustvo sumpora u materijalu je takođe nepovoljan faktor za atmosferu, jer se u vazdušnom prostoru ovaj element pretvara u sumpornu kiselinu.

Međutim, potrošači se ne bi trebali bojati za svoje zdravlje. Proizvođači ovog materijala, vodeći računa o privatnim kupcima, nastoje da smanje sadržaj sumpora u njemu. Toplotna vrijednost uglja može varirati čak i unutar iste vrste. Razlika zavisi od karakteristika podvrste i njenog mineralnog sadržaja, kao i geografije proizvodnje. Kao čvrsto gorivo nalazi se ne samo čisti ugalj, već i nisko obogaćena ugljena šljaka, utisnuta u brikete.

Peleti (granule goriva) su čvrsta goriva proizvedena industrijski od drvnog i biljnog otpada: strugotine, kore, kartona, slame.

Sirovina usitnjena u prah se suši i sipa u granulator odakle izlazi u obliku granula određenog oblika. Za dodavanje viskoznosti masi koristi se biljni polimer, lignin. Složenost proizvodni proces i visoka potražnja određuju cijenu peleta. Materijal se koristi u posebno opremljenim kotlovima.

Vrste goriva određuju se u zavisnosti od materijala od kojeg se prerađuju:

• oblo drvo bilo koje vrste;
• slama;
• treset;
• ljuska suncokreta.

Među prednostima koje imaju peleti za gorivo, vrijedi istaknuti sljedeće kvalitete:

• ekološka prihvatljivost;
• nemogućnost deformacije i otpornost na gljivice;
• lako skladištenje čak i na otvorenom;
• ujednačenost i trajanje sagorevanja;
• relativno niska cijena;
• Mogućnost korištenja za razne uređaje za grijanje;
• odgovarajuće veličine granula za automatsko punjenje u posebno opremljeni kotao.

Briketi

Briketi su čvrsta goriva koja su po mnogo čemu slična peletima. Za njihovu proizvodnju koriste se identični materijali: drvna sječka, strugotine, treset, ljuske i slama. U procesu proizvodnje sirovine se drobe i kompresijom formiraju u brikete. Ovaj materijal je i ekološki prihvatljivo gorivo. Pogodan je za skladištenje čak i na otvorenom. Glatko, ravnomjerno i sporo sagorijevanje ovog goriva može se primijetiti kako u kaminima i pećima, tako i u kotlovima za grijanje.

Vrste ekološki prihvatljivih čvrstih goriva o kojima smo gore govorili su dobra alternativa za proizvodnju topline. U poređenju sa fosilnim izvorima toplotne energije, koji nepovoljno utiču na sagorevanje okruženje Osim toga, kao neobnovljiva, alternativna goriva imaju jasne prednosti i relativno nisku cijenu, što je važno za određene kategorije potrošača.

U isto vrijeme, opasnost od požara takvih goriva je mnogo veća. Stoga je potrebno poduzeti određene sigurnosne mjere u pogledu njihovog skladištenja i upotrebe vatrootpornih materijala za zidove.

Tečna i gasovita goriva

Što se tiče tečnih i gasovitih zapaljivih materija, ovde je situacija sledeća.

Svakog dana, paleći gorionik na kuhinjskom štednjaku, malo ljudi razmišlja o tome kako je davno počela proizvodnja plina. U našoj zemlji njegov razvoj je započeo u dvadesetom veku. Prije toga, jednostavno je pronađen prilikom vađenja naftnih derivata. Kalorična vrijednost prirodnog plina je toliko visoka da je danas ova sirovina jednostavno nezamjenjiva, a njegovi visokokvalitetni analozi još nisu razvijeni.

Tabela kalorijske vrijednosti pomoći će vam da odaberete gorivo za grijanje vašeg doma

Karakteristike fosilnih goriva

Prirodni plin je važno fosilno gorivo koje zauzima vodeću poziciju u bilansima goriva i energije mnogih zemalja. Za snabdijevanje gorivom gradova i raznih tehničkih poduzeća troše razne zapaljive plinove, jer se prirodni plin smatra opasnim.

Ekolozi vjeruju da je plin najčišće gorivo; kada se sagori, emituje mnogo manje toksične supstance nego ogrevno drvo, ugalj, nafta. Ovo gorivo ljudi svakodnevno koriste i sadrži aditiv kao što je odorant, dodaje se u opremljenim instalacijama u omjeru od 16 miligrama na hiljadu kubnih metara plina.

Važna komponenta supstance je metan (otprilike 88-96%), ostalo su druge hemikalije:

• butan;
• hidrogen sulfid;
• propan;
• nitrogen;
• kiseonik.

U ovom videu ćemo pogledati ulogu uglja:

Količina metana u prirodno gorivo direktno zavisi od njegovog depozita.

Opisani tip goriva sastoji se od ugljikovodičnih i neugljikovodičnih komponenti. Prirodna fosilna goriva su prvenstveno metan, koji uključuje butan i propan. Osim ugljikovodičnih komponenti, opisano fosilno gorivo sadrži dušik, sumpor, helijum i argon. Tečne pare se također nalaze, ali samo u plinskim i naftnim poljima.

Vrste depozita

Postoji nekoliko vrsta nalazišta gasa. Podijeljeni su na sljedeće vrste:

• gas;
• ulje.

Njihova karakteristična karakteristika je sadržaj ugljovodonika. Naslage gasa sadrže otprilike 85-90% prisutne supstance, naftna polja ne sadrže više od 50%. Preostale postotke zauzimaju tvari kao što su butan, propan i ulje.

Veliki nedostatak proizvodnje ulja je ispiranje raznih aditiva. Sumpor se koristi kao nečistoća u tehničkim preduzećima.

Potrošnja prirodnog gasa

Butan se troši kao gorivo na benzinskim pumpama za automobile, i organska materija, nazvan "propan", koristi se za punjenje upaljača. Acetilen je vrlo zapaljiva tvar i koristi se u zavarivanju i rezanju metala.

Fosilna goriva se koriste u svakodnevnom životu:

• stupovi;
• šporet na plin;

Ova vrsta goriva smatra se najjeftinijim i bezopasnim, a jedini nedostatak je oslobađanje ugljičnog dioksida u atmosferu prilikom sagorijevanja. Naučnici širom planete traže zamenu za toplotnu energiju.

Kalorična vrijednost

Kalorična vrijednost prirodnog plina je količina topline koja se stvara kada se jedinica goriva dovoljno sagori. Količina toplote koja se oslobađa tokom sagorevanja odnosi se na jedan kubni metar uzet u prirodnim uslovima.

Toplotni kapacitet prirodnog plina mjeri se sljedećim pokazateljima:

• kcal/nm 3 ;
• kcal/m3.

Postoji visoka i niska kalorijska vrijednost:

1. Visoko. Razmatra toplinu vodene pare koja nastaje tokom sagorevanja goriva.
2. Nisko. Ne uzima u obzir toplinu sadržanu u vodenoj pari, jer se takve pare ne kondenziraju, već odlaze s proizvodima izgaranja. Zbog akumulacije vodene pare stvara količinu toplote od 540 kcal/kg. Osim toga, kada se kondenzat ohladi, izlazi toplina od 80 do sto kcal/kg. Općenito, zbog akumulacije vodene pare nastaje više od 600 kcal/kg, što je razlika između visoke i niske toplinske snage.

Za ogromnu većinu gasova koji se troše u gradskom sistemu distribucije goriva, razlika je ekvivalentna 10%. Da bi gradovi opskrbili plinom, njegova kalorijska vrijednost mora biti veća od 3500 kcal/nm 3 . To se objašnjava činjenicom da se opskrba vrši kroz cjevovod na velikim udaljenostima. Ako je kalorijska vrijednost niska, tada se njegova količina povećava.

Ako je kalorijska vrijednost prirodnog plina manja od 3500 kcal/nm 3, češće se koristi u industriji. Ne treba ga transportovati na velike udaljenosti, a sagorevanje postaje mnogo lakše. Ozbiljne promjene u kalorijskoj vrijednosti plina zahtijevaju često prilagođavanje, a ponekad i zamjenu velika količina standardizovani gorionici kućnih senzora, što dovodi do poteškoća.

Ova situacija dovodi do povećanja prečnika gasovoda, kao i do povećanja troškova metala, instalacije i rada mreže. Veliki nedostatak niskokaloričnih fosilnih goriva je ogroman sadržaj ugljičnog monoksida, koji povećava nivo opasnosti tokom rada goriva i održavanja cjevovoda, kao i opreme.

Toplota koja se oslobađa pri sagorevanju, koja ne prelazi 3500 kcal/nm 3, najčešće se koristi u industrijska proizvodnja, gdje ga nije potrebno prenositi na velike udaljenosti i lako izazvati sagorijevanje.

5. TERMIČKA BILANSA SAGOREVANJA

Razmotrimo metode izračunavanja toplotni bilans proces sagorevanja gasovitih, tečnih i čvrsta goriva. Proračun se svodi na rješavanje sljedećih problema.

· Određivanje toplote sagorevanja (kalorične vrednosti) goriva.

· Određivanje teorijske temperature sagorevanja.

5.1. TOPLOTA SAGOREVANJA

Hemijske reakcije su praćene oslobađanjem ili apsorpcijom topline. Kada se toplota oslobodi, reakcija se naziva egzotermna, a kada se toplota apsorbuje, naziva se endotermna. Sve reakcije sagorevanja su egzotermne, a produkti sagorevanja su egzotermna jedinjenja.

Oslobađa se (ili apsorbuje) tokom protoka hemijska reakcija toplota se naziva toplota reakcije. Kod egzotermnih reakcija je pozitivan, kod endotermnih negativan. Reakcija sagorevanja je uvek praćena oslobađanjem toplote. Toplota sagorevanja Q g(J/mol) je količina toplote koja se oslobađa prilikom potpunog sagorevanja jednog mola supstance i transformacije zapaljive supstance u produkte potpunog sagorevanja. Mol je osnovna SI jedinica za količinu supstance. Jedan mol je količina tvari koja sadrži isti broj čestica (atoma, molekula itd.) koliko ima atoma u 12 g izotopa ugljika-12. Masa količine tvari jednake 1 molu (molekularna ili molarna masa) numerički se podudara s relativnom molekulskom masom ove tvari.

Na primjer, relativna molekulska težina kisika (O 2) je 32, ugljičnog dioksida (CO 2) je 44, a odgovarajuće molekulske težine će biti M = 32 g/mol i M = 44 g/mol. Dakle, jedan mol kisika sadrži 32 grama ove tvari, a jedan mol CO 2 sadrži 44 grama ugljičnog dioksida.

U tehničkim proračunima najčešće se ne koristi toplota sagorevanja. Q g, i kaloričnu vrijednost goriva Q(J/kg ili J/m 3). Kalorična vrijednost tvari je količina topline koja se oslobađa pri potpunom sagorijevanju 1 kg ili 1 m 3 tvari. Za tekuće i čvrste tvari proračun se vrši po 1 kg, a za plinovite tvari - po 1 m 3.

Poznavanje toplote sagorevanja i kalorijske vrednosti goriva neophodno je za izračunavanje temperature sagorevanja ili eksplozije, pritiska eksplozije, brzine širenja plamena i drugih karakteristika. Kalorična vrijednost goriva određuje se eksperimentalno ili proračunom. Prilikom eksperimentalnog određivanja kalorijske vrijednosti, data masa čvrstog ili tekućeg goriva se sagorijeva u kalorimetrijskoj bombi, a u slučaju plinovitog goriva u plinskom kalorimetru. Ovi instrumenti mjere ukupnu toplinu Q 0 koji se oslobađa tokom sagorevanja uzorka vaganja goriva m. Kalorična vrijednost Q g nalazi se po formuli

Odnos između topline sagorijevanja i
kaloričnu vrijednost goriva

Da bi se uspostavila veza između toplote sagorevanja i kalorijske vrednosti neke supstance, potrebno je zapisati jednačinu za hemijsku reakciju sagorevanja.

Produkt potpunog sagorijevanja ugljika je ugljični dioksid:

C+O2 →CO2.

Produkt potpunog sagorevanja vodonika je voda:

2H 2 +O 2 →2H 2 O.

Produkt potpunog sagorevanja sumpora je sumpor dioksid:

S +O 2 →SO 2.

U ovom slučaju, dušik, halogeni i drugi nezapaljivi elementi se oslobađaju u slobodnom obliku.

Zapaljiva materija - gas

Kao primjer, izračunajmo kaloričnu vrijednost metana CH 4, za koju je toplina sagorijevanja jednaka Q g=882.6 .

· Odredimo molekulsku masu metana u skladu sa njegovom hemijska formula(CH 4):

M=1∙12+4∙1=16 g/mol.

· Hajde da odredimo kalorijska vrijednost 1 kg metana:

· Nađimo zapreminu 1 kg metana, znajući njegovu gustinu ρ=0,717 kg/m 3 na normalnim uslovima:

.

· Odredimo kalorijsku vrijednost 1 m 3 metana:

Kalorična vrijednost svih zapaljivih plinova određuje se na sličan način. Za mnoge uobičajene supstance, toplota sagorevanja i kalorijske vrednosti merene su sa velikom preciznošću i date su u relevantnoj referentnoj literaturi. Evo tabele kalorijskih vrednosti nekih gasovitih materija (tabela 5.1). Magnituda Q u ovoj tabeli je dat u MJ/m 3 i u kcal/m 3, pošto se 1 kcal = 4,1868 kJ često koristi kao jedinica toplote.

Tabela 5.1

Kalorična vrijednost gasa različita goriva

Supstanca			Acetilen
Q

Zapaljiva tvar - tečna ili čvrsta

Kao primjer, izračunajmo kaloričnu vrijednost etil alkohola C 2 H 5 OH, za koji je toplina sagorijevanja Q g= 1373,3 kJ/mol.

· Odredimo molekulsku masu etil alkohola u skladu sa njegovom hemijskom formulom (C 2 H 5 OH):

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

Odredimo kalorijsku vrijednost 1 kg etil alkohola:

Kalorična vrijednost bilo kojeg tekućeg i čvrstog zapaljivog materijala određuje se na sličan način. U tabeli 5.2 i 5.3 pokazuju kalorijske vrijednosti Q(MJ/kg i kcal/kg) za neke tečnosti i čvrste materije.

Tabela 5.2

Kalorična vrijednost tečnih goriva

Supstanca		Metil alkohol	Etanol			Lož ulje, ulje
Q

Tabela 5.3

Kalorična vrijednost čvrstih goriva

Supstanca		Drvo je sveže	Suvo drvo	Mrki ugalj	Suvi treset	Antracit, koksa
Q

Mendeljejeva formula

Ako je kalorijska vrijednost goriva nepoznata, onda se može izračunati korištenjem empirijske formule koju je predložio D.I. Mendeljejev. Da biste to učinili, morate znati elementarni sastav goriva (ekvivalentnu formulu goriva), odnosno postotak sadržaja sljedećih elemenata u njemu:

Kiseonik (O);

Vodonik (H);

Ugljik (C);

Sumpor (S);

Pepeo (A);

Voda (W).

Proizvodi sagorevanja goriva uvek sadrže vodena para, nastao kako zbog prisustva vlage u gorivu tako i tokom sagorijevanja vodonika. Otpadni proizvodi sagorevanja napuštaju industrijsko postrojenje na temperaturi iznad tačke rose. Stoga se toplina koja se oslobađa pri kondenzaciji vodene pare ne može korisno iskoristiti i ne treba je uzimati u obzir u termičkim proračunima.

Za proračun se obično koristi neto kalorijska vrijednost Q n gorivo, koje uzima u obzir gubitke toplote sa vodenom parom. Za čvrsta i tečna goriva vrijednost Q n(MJ/kg) je približno određena formulom Mendeljejeva:

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

pri čemu je procenat (tež.%) sadržaja odgovarajućih elemenata u sastavu goriva naveden u zagradama.

Ova formula uzima u obzir toplinu reakcija egzotermnog sagorijevanja ugljika, vodika i sumpora (sa predznakom plus). Kiseonik uključen u gorivo djelimično zamjenjuje kisik u zraku, pa se odgovarajući pojam u formuli (5.1) uzima sa predznakom minus. Kada vlaga isparava, toplina se troši, pa se odgovarajući pojam koji sadrži W također uzima sa predznakom minus.

Poređenje proračunskih i eksperimentalnih podataka o kalorijskoj vrijednosti različitih goriva (drvo, treset, ugalj, nafta) pokazalo je da proračun po formuli Mendeljejeva (5.1) daje grešku koja ne prelazi 10%.

Neto kalorijska vrijednost Q n(MJ/m 3) suhih zapaljivih gasova može se izračunati sa dovoljnom tačnošću kao zbir proizvoda toplotne vrednosti pojedinih komponenti i njihovih postotak u 1 m 3 gasovitog goriva.

Q n= 0.108[N 2 ] + 0.126[SO] + 0.358[SN 4 ] + 0.5[S 2 N 2 ] + 0.234[N 2 S ]…, (5.2)

gdje je postotak (volumen %) sadržaja odgovarajućih plinova u smjesi naveden u zagradama.

U prosjeku, kalorijska vrijednost prirodnog plina je oko 53,6 MJ/m 3 . U umjetno proizvedenim zapaljivim plinovima sadržaj metana CH4 je beznačajan. Glavne zapaljive komponente su vodonik H2 i ugljen monoksid CO. U koksnom plinu, na primjer, sadržaj H2 dostiže (55 ÷ 60)%, a niža kalorijska vrijednost takvog plina dostiže 17,6 MJ/m3. Generatorski gas sadrži CO ~ 30% i H 2 ~ 15%, dok je niža kalorijska vrijednost generatorskog plina Q n= (5,2÷6,5) MJ/m3. Sadržaj CO i H 2 u visokopećnom plinu je manji; magnitude Q n= (4,0÷4,2) MJ/m 3.

Pogledajmo primjere izračunavanja kalorijske vrijednosti tvari pomoću formule Mendelejeva.

Odredimo kaloričnu vrijednost uglja, čiji je elementarni sastav dat u tabeli. 5.4.

Tabela 5.4

Elementarni sastav uglja

· Zamenimo one date u tabeli. 5.4 podaci u formuli Mendeljejeva (5.1) (dušik N i pepeo A nisu uključeni u ovu formulu, jer su inertne supstance i ne učestvuju u reakciji sagorevanja):

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

Odredimo količinu ogrevnog drva koja je potrebna za zagrijavanje 50 litara vode od 10°C do 100°C, ako se 5% topline koja se oslobađa pri sagorijevanju potroši za grijanje i toplinski kapacitet vode With=1 kcal/(kg∙deg) ili 4,1868 kJ/(kg∙deg). Elementarni sastav drva za ogrjev dat je u tabeli. 5.5:

Tabela 5.5

Elementarni sastav ogrevnog drveta

	· Pronađimo kalorijsku vrijednost drva za ogrjev koristeći formulu Mendeljejeva (5.1): Q n=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg. · Odredimo količinu toplote koja se troši na zagrevanje vode pri sagorevanju 1 kg ogrevnog drveta (uzimajući u obzir činjenicu da se 5% toplote (a = 0,05) koja se oslobađa tokom sagorevanja troši na njeno zagrevanje): Q 2 =a Q n=0,05·17,12=0,86 MJ/kg. · Odredimo količinu ogrevnog drveta koja je potrebna za zagrevanje 50 litara vode od 10°C do 100°C: kg. Tako je za zagrijavanje vode potrebno oko 22 kg drva za ogrjev.

Toplota sagorevanja određena je hemijskim sastavom zapaljive supstance. Hemijski elementi sadržani u zapaljivoj tvari označeni su prihvaćenim simbolima WITH , N , O , N , S, a pepeo i voda su simboli A I W respektivno.

Enciklopedijski YouTube

• 1 / 5

  Toplota sagorevanja može se povezati sa radnom masom zapaljive supstance Q P (\displaystyle Q^(P)), odnosno na zapaljivu materiju u obliku u kojem dolazi do potrošača; na suhu masu supstance Q C (\displaystyle Q^(C)); na zapaljivu masu supstance Q Γ (\displaystyle Q^(\Gamma)), odnosno na zapaljivu supstancu koja ne sadrži vlagu i pepeo.

  Ima viših ( Q B (\displaystyle Q_(B))) i niže ( Q H (\displaystyle Q_(H))) toplota sagorevanja.

  Ispod veća kalorijska vrijednost razumjeti količinu topline koja se oslobađa tijekom potpunog sagorijevanja tvari, uključujući toplinu kondenzacije vodene pare pri hlađenju produkata izgaranja.

  Neto kalorijska vrijednost odgovara količini toplote koja se oslobađa tokom potpunog sagorevanja, ne uzimajući u obzir toplotu kondenzacije vodene pare. Toplota kondenzacije vodene pare se još naziva latentna toplota isparavanja (kondenzacije).

  Niže i veće kalorijske vrijednosti povezane su relacijom: Q B = Q H + k (W + 9 H) (\displaystyle Q_(B)=Q_(H)+k(W+9H)),

  gdje je k koeficijent jednak 25 kJ/kg (6 kcal/kg); W je količina vode u zapaljivoj tvari, % (po masi); H je količina vodika u zapaljivoj tvari, % (po masi).

  Proračun kalorijske vrijednosti

  Dakle, viša kalorijska vrijednost je količina topline koja se oslobađa prilikom potpunog sagorijevanja jedinice mase ili zapremine (za plin) zapaljive tvari i hlađenja produkata izgaranja do temperature rosišta. U termotehničkim proračunima, viša kalorijska vrijednost se uzima kao 100%. Latentna toplota sagorevanja gasa je toplota koja se oslobađa tokom kondenzacije vodene pare sadržane u produktima sagorevanja. Teoretski, može dostići 11%.

  U praksi nije moguće hladiti produkte sagorevanja do potpune kondenzacije, pa je uveden koncept niže kalorijske vrednosti (QHp), koji se dobija oduzimanjem toplote isparavanja vodene pare koja se nalazi u materiju i one nastale tokom njenog sagorevanja. Za isparavanje 1 kg vodene pare potrebno je 2514 kJ/kg (600 kcal/kg). Donja kalorijska vrijednost određena je formulama (kJ/kg ili kcal/kg):

  Q H P = Q B P − 2514 ⋅ ((9 H P + W P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-2514\cdot ((9H^(P)+W^ (P))/100))(za čvrstu materiju)

  Q H P = Q B P − 600 ⋅ ((9 H P + W P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-600\cdot ((9H^(P)+W^ (P))/100))(za tečnu supstancu), gdje je:

  2514 - toplota isparavanja na 0 °C i atmosferski pritisak, kJ/kg;

  H P (\displaystyle H^(P)) I W P (\displaystyle W^(P))- sadržaj vodonika i vodene pare u radnom gorivu, %;

  9 je koeficijent koji pokazuje da sagorijevanje 1 kg vodika u kombinaciji s kisikom proizvodi 9 kg vode.

  Toplota sagorevanja je najvažnija karakteristika goriva, jer određuje količinu toplote dobijenu sagorevanjem 1 kg čvrstog ili tekućeg goriva ili 1 m³ gasovitog goriva u kJ/kg (kcal/kg). 1 kcal = 4,1868 ili 4,19 kJ.

  Donja kalorijska vrijednost se određuje eksperimentalno za svaku supstancu i predstavlja referentnu vrijednost. Može se odrediti i za čvrste i tekuće materijale, sa poznatim elementarnim sastavom, proračunom prema formuli D. I. Mendeljejeva, kJ/kg ili kcal/kg:

  Q H P = 339 ⋅ C P + 1256 ⋅ H P − 109 ⋅ (O P − S L P) − 25,14 ⋅ (9 ⋅ H P + W P) (\displaystyle Q_(H)^(P)=339\cdot C^6\\+125 cdot H^(P)-109\cdot (O^(P)-S_(L)^(P))-25.14\cdot (9\cdot H^(P)+W^(P)))

  Q H P = 81 ⋅ C P + 246 ⋅ H P − 26 ⋅ (O P + S L P) − 6 ⋅ W P (\displaystyle Q_(H)^(P)=81\cdot C^(P)+246\cdot H^(P) -26\cdot (O^(P)+S_(L)^(P))-6\cdot W^(P)), Gdje:

  C P (\displaystyle C_(P)), H P (\displaystyle H_(P)), O P (\displaystyle O_(P)), S L P (\displaystyle S_(L)^(P)), W P (\displaystyle W_(P))- sadržaj ugljenika, vodonika, kiseonika, isparljivog sumpora i vlage u radnoj masi goriva u % (težinski).

  Za uporedne proračune koristi se takozvano konvencionalno gorivo, koje ima specifičnu toplinu sagorijevanja jednaku 29308 kJ/kg (7000 kcal/kg).

  U Rusiji se termički proračuni (na primjer, proračun toplinskog opterećenja za određivanje kategorije prostorije u smislu opasnosti od eksplozije i požara) obično izvode koristeći najnižu kalorijsku vrijednost, u SAD-u, Velikoj Britaniji i Francuskoj - prema do najviših. U Velikoj Britaniji i SAD, prije uvođenja metričkog sistema, specifična toplina sagorijevanja mjerena je u britanskim termalnim jedinicama (BTU) po funti (lb) (1Btu/lb = 2,326 kJ/kg).

  Supstance i materijali	Neto kalorijska vrijednost Q H P (\displaystyle Q_(H)^(P)), MJ/kg
  Petrol	41,87
  Kerozin	43,54
  Papir: knjige, časopisi	13,4
  Drvo (blokovi W = 14%)	13,8
  Prirodna guma	44,73
  Linoleum od polivinilklorida	14,31
  Guma	33,52
  Staple fiber	13,8
  Polietilen	47,14
  Ekspandirani polistiren	41,6
  Pamuk opušten	15,7
  Plastika	41,87