گرمای ویژه احتراق گاز. گاز طبیعی و ارزش حرارتی آن برای مصارف خانگی

جداول جرم را نشان می دهد گرمای ویژهاحتراق سوخت (مایع، جامد و گاز) و برخی مواد قابل احتراق دیگر. سوخت های زیر در نظر گرفته شد: زغال سنگ، هیزم، کک، پیت، نفت سفید، نفت، الکل، بنزین، گاز طبیعی و غیره.

لیست جداول:

در طی واکنش گرمازا اکسیداسیون سوخت، انرژی شیمیایی آن با آزاد شدن مقدار معینی گرما به انرژی حرارتی تبدیل می شود. نتیجه انرژی حرارتیمعمولاً گرمای احتراق سوخت نامیده می شود. این به ترکیب شیمیایی، رطوبت آن بستگی دارد و اصلی ترین است. گرمای احتراق سوخت به ازای هر 1 کیلوگرم جرم یا 1 متر مکعب از حجم، گرمای ویژه جرمی یا حجمی احتراق را تشکیل می دهد.

گرمای ویژه احتراق سوخت مقدار گرمایی است که در طی احتراق کامل یک واحد جرم یا حجم جامد، مایع یا سوخت گازی. که در سیستم بین المللیواحد، این مقدار در J/kg یا J/m 3 اندازه گیری می شود.

گرمای ویژه احتراق یک سوخت را می توان به صورت تجربی یا تحلیلی محاسبه کرد.روش‌های آزمایشی برای تعیین ارزش حرارتی بر اساس اندازه‌گیری عملی مقدار گرمای آزاد شده هنگام سوختن سوخت است، برای مثال در یک کالری‌سنج با ترموستات و یک بمب احتراق. برای سوخت با شناخته شده است ترکیب شیمیاییگرمای ویژه احتراق را می توان با استفاده از فرمول مندلیف تعیین کرد.

گرمای ویژه احتراق بیشتر و کمتر است.ارزش حرارتی بالاتر است حداکثر تعدادگرمای آزاد شده در طی احتراق کامل سوخت، با در نظر گرفتن گرمای صرف شده برای تبخیر رطوبت موجود در سوخت. ارزش کالری خالص کمتر از ارزشمقدار گرمای تراکم که از رطوبت سوخت و هیدروژن توده آلی ایجاد می شود که در طی احتراق به آب تبدیل می شود بیشتر است.

برای تعیین شاخص های کیفیت سوخت و همچنین در محاسبات حرارتی معمولاً از حرارت مخصوص احتراق کمتر استفاده می کنندکه مهمترین مشخصه حرارتی و عملکردی سوخت است و در جداول زیر نشان داده شده است.

گرمای ویژه احتراق سوخت جامد (زغال سنگ، هیزم، ذغال سنگ نارس، کک)

جدول مقادیر گرمای ویژه احتراق سوخت جامد خشک را در ابعاد MJ/kg نشان می دهد. سوخت در جدول بر اساس نام به ترتیب حروف الفبا مرتب شده است.

از میان سوخت‌های جامد در نظر گرفته شده، زغال سنگ کک‌سازی دارای بالاترین ارزش حرارتی است - گرمای ویژه احتراق آن 36.3 MJ/kg (یا در واحدهای SI 36.3·10 6 J/kg) است. علاوه بر این، گرمای احتراق بالا مشخصه است زغال سنگ، آنتراسیت، زغال سنگ و زغال سنگ قهوه ای.

سوخت هایی با راندمان انرژی پایین عبارتند از چوب، هیزم، باروت، پیت آسیاب و شیل نفتی. به عنوان مثال، گرمای ویژه احتراق هیزم 8.4...12.5 و باروت تنها 3.8 MJ/kg است.

گرمای ویژه احتراق سوخت جامد (زغال سنگ، هیزم، ذغال سنگ نارس، کک)

سوخت
آنتراسیت	26,8…34,8
گلوله های چوبی (گلوله)	18,5
هیزم خشک	8,4…11
هیزم خشک توس	12,5
کک گازی	26,9
کک انفجاری	30,4
نیمه کک	27,3
پودر	3,8
سنگ لوح	4,6…9
شیل نفتی	5,9…15
سوخت جامد موشک	4,2…10,5
ذغال سنگ نارس	16,3
ذغال سنگ نارس فیبری	21,8
ذغال سنگ نارس آسیاب شده	8,1…10,5
خرده ذغال سنگ نارس	10,8
زغال سنگ قهوه ای	13…25
زغال سنگ قهوه ای (بریق)	20,2
زغال سنگ قهوه ای (گرد و غبار)	25
زغال سنگ دونتسک	19,7…24
زغال چوبی	31,5…34,4
زغال سنگ	27
زغال سنگ کک	36,3
زغال سنگ کوزنتسک	22,8…25,1
زغال سنگ چلیابینسک	12,8
زغال سنگ اکیبستوز	16,7
فرستورف	8,1
سرباره	27,5

گرمای ویژه احتراق سوخت های مایع (الکل، بنزین، نفت سفید، نفت)

جدولی از گرمای ویژه احتراق سوخت مایع و برخی مایعات آلی دیگر ارائه شده است. لازم به ذکر است که سوخت هایی مانند بنزین، گازوئیل و نفت در حین احتراق آزاد شدن حرارت بالایی دارند.

گرمای ویژه احتراق الکل و استون به طور قابل توجهی کمتر از سوخت موتورهای سنتی است. علاوه بر این، نسبتا کم ارزشسوخت مایع موشک دارای ارزش حرارتی است و - با احتراق کامل 1 کیلوگرم از این هیدروکربن ها به ترتیب برابر با 9.2 و 13.3 مگاژول گرما آزاد می شود.

گرمای ویژه احتراق سوخت های مایع (الکل، بنزین، نفت سفید، نفت)

سوخت	گرمای ویژه احتراق، MJ/kg
استون	31,4
بنزین A-72 (GOST 2084-67)	44,2
بنزین هواپیمایی B-70 (GOST 1012-72)	44,1
بنزین AI-93 (GOST 2084-67)	43,6
بنزن	40,6
سوخت دیزل زمستانی (GOST 305-73)	43,6
سوخت دیزل تابستانی (GOST 305-73)	43,4
سوخت مایع موشک (نفت سفید + اکسیژن مایع)	9,2
نفت سفید هوانوردی	42,9
نفت سفید برای روشنایی (GOST 4753-68)	43,7
زایلن	43,2
نفت کوره با گوگرد بالا	39
نفت کوره کم گوگرد	40,5
نفت کوره کم گوگرد	41,7
نفت کوره گوگردی	39,6
متیل الکل (متانول)	21,1
n-بوتیل الکل	36,8
روغن	43,5…46
روغن متان	21,5
تولوئن	40,9
روح سفید (GOST 313452)	44
اتیلن گلیکول	13,3
اتیل الکل (اتانول)	30,6

گرمای ویژه احتراق سوخت های گازی و گازهای قابل احتراق

جدولی از گرمای ویژه احتراق سوخت گازی و برخی گازهای قابل احتراق دیگر در ابعاد MJ/kg ارائه شده است. از بین گازهای در نظر گرفته شده، دارای بالاترین گرمای ویژه جرم احتراق است. احتراق کامل یک کیلوگرم از این گاز 119.83 مگا ژول گرما آزاد می کند. همچنین سوختی مانند گاز طبیعی دارای ارزش حرارتی بالایی است - گرمای ویژه احتراق گاز طبیعی 41...49 MJ/kg است (برای گاز خالص 50 MJ/kg است).

گرمای ویژه احتراق سوخت گازی و گازهای قابل احتراق (هیدروژن، گاز طبیعی، متان)

سوخت	گرمای ویژه احتراق، MJ/kg
1-بوتن	45,3
آمونیاک	18,6
استیلن	48,3
هیدروژن	119,83
هیدروژن، مخلوط با متان (50% H2 و 50% CH4 وزنی)	85
هیدروژن، مخلوط با متان و مونوکسید کربن (33-33-33 درصد وزنی)	60
هیدروژن، مخلوط با مونوکسید کربن (50% H 2 50 % CO 2 وزنی)	65
گاز کوره بلند	3
گاز کوره کک	38,5
گاز هیدروکربن مایع LPG (پروپان بوتان)	43,8
ایزوبوتان	45,6
متان	50
n-بوتان	45,7
n-هگزان	45,1
n-پنتان	45,4
گاز مرتبط	40,6…43
گاز طبیعی	41…49
پروپادین	46,3
پروپان	46,3
پروپیلن	45,8
پروپیلن، مخلوط با هیدروژن و مونوکسید کربن (90%-9%-1% وزنی)	52
اتان	47,5
اتیلن	47,2

گرمای ویژه احتراق برخی از مواد قابل احتراق

جدولی از گرمای ویژه احتراق برخی مواد قابل احتراق (چوب، کاغذ، پلاستیک، نی، لاستیک و غیره) ارائه می شود. موادی که در حین احتراق گرما آزاد می شوند باید توجه داشت. چنین موادی عبارتند از: لاستیک از انواع مختلف، پلی استایرن منبسط شده (فوم)، پلی پروپیلن و پلی اتیلن.

گرمای ویژه احتراق برخی از مواد قابل احتراق

سوخت	گرمای ویژه احتراق، MJ/kg
کاغذ	17,6
چرم	21,5
چوب (میله با رطوبت 14 درصد)	13,8
چوب در پشته	16,6
چوب بلوط	19,9
چوب صنوبر	20,3
سبز چوبی	6,3
چوب کاج	20,9
کاپرون	31,1
محصولات کربولیت	26,9
مقوا	16,5
لاستیک استایرن بوتادین SKS-30AR	43,9
لاستیک طبیعی	44,8
لاستیک مصنوعی	40,2
لاستیکی SKS	43,9
لاستیک کلروپرن	28
مشمع کف اتاق پلی وینیل کلراید	14,3
مشمع کف اتاق دو لایه پلی وینیل کلراید	17,9
مشمع کف اتاق پلی وینیل کلراید بر اساس نمد	16,6
مشمع کف اتاق با پایه گرم پلی وینیل کلرید	17,6
مشمع کف اتاق پلی وینیل کلرید بر پایه پارچه	20,3
مشمع کف اتاق لاستیکی (Relin)	27,2
پارافین پارافین	11,2
فوم پلی استایرن PVC-1	19,5
فوم پلاستیک FS-7	24,4
فوم پلاستیک FF	31,4
پلی استایرن منبسط شده PSB-S	41,6
فوم پلی اورتان	24,3
تخته فیبر	20,9
پلی وینیل کلراید (PVC)	20,7
پلی کربنات	31
پلی پروپیلن	45,7
پلی استایرن	39
پلی اتیلن فشار قوی	47
پلی اتیلن کم فشار	46,7
لاستیک	33,5
روبروئید	29,5
دوده کانال	28,3
هی	16,7
پوشال	17
شیشه ارگانیک (پلکسی گلاس)	27,7
تکستولیت	20,9
به من	16
TNT	15
پنبه	17,5
سلولز	16,4
پشم و الیاف پشم	23,1

منابع:

1. GOST 147-2013 سوخت معدنی جامد. تعیین ارزش حرارتی بالاتر و محاسبه ارزش حرارتی کمتر.
2. GOST 21261-91 فرآورده های نفتی. روشی برای تعیین ارزش حرارتی بالاتر و محاسبه ارزش حرارتی کمتر.
3. GOST 22667-82 گازهای قابل اشتعال طبیعی. روش محاسبه برای تعیین ارزش حرارتی، چگالی نسبی و عدد Wobbe.
4. GOST 31369-2008 گاز طبیعی. محاسبه ارزش حرارتی، چگالی، چگالی نسبی و عدد Wobbe بر اساس ترکیب اجزا.
5. Zemsky G. T. خواص اشتعال پذیر مواد معدنی و آلی: کتاب مرجع M.: VNIIPO، 2016 - 970 p.

مواد با منشاء آلی شامل سوخت هایی هستند که با سوزاندن مقدار معینی انرژی حرارتی آزاد می کنند. تولید گرما باید با راندمان بالا و عدم وجود عوارض جانبی، به ویژه مواد مضر برای سلامت انسان و محیط زیست مشخص شود.

برای سهولت بارگیری در داخل کوره، مواد چوب را به صورت عناصر منفرد تا 30 سانتی متر برش می دهند که برای افزایش کارایی استفاده از آنها، هیزم باید تا حد امکان خشک باشد و فرآیند احتراق باید نسبتاً کند باشد. از بسیاری جهات، چوب های چوب های سخت مانند بلوط و توس، فندق و زبان گنجشک و زالزالک برای گرم کردن محل مناسب هستند. به دلیل محتوای رزین بالا، افزایش سرعتاحتراق و ارزش حرارتی پایین درختان سوزنی برگدر این زمینه آنها به طور قابل توجهی پایین تر هستند.

باید درک کرد که ارزش حرارتی تحت تأثیر چگالی چوب است.

این ماده طبیعی با منشا گیاهی است که از سنگ های رسوبی استخراج می شود.

این نوع سوخت جامد حاوی کربن و غیره است عناصر شیمیایی. بسته به سن مواد به انواع مختلف تقسیم بندی می شود. زغال سنگ قهوه ای جوان ترین و پس از آن زغال سنگ سخت در نظر گرفته می شود و آنتراسیت از همه انواع دیگر قدیمی تر است. سن یک ماده قابل احتراق نیز میزان رطوبت آن را تعیین می کند که در مواد جوان بیشتر وجود دارد.

در هنگام احتراق زغال سنگ آلودگی محیطی ایجاد می شود و سرباره روی رنده های دیگ ایجاد می شود که تا حدی مانعی برای احتراق عادی ایجاد می کند. وجود گوگرد در مواد نیز یک عامل نامطلوب برای جو است، زیرا در فضای هوا این عنصر به اسید سولفوریک تبدیل می شود.

با این حال، مصرف کنندگان نباید برای سلامتی خود بترسند. تولید کنندگان این ماده با مراقبت از مشتریان خصوصی، سعی در کاهش محتوای گوگرد در آن دارند. ارزش حرارتی زغال سنگ حتی در یک نوع می تواند متفاوت باشد. این تفاوت به ویژگی های زیرگونه و محتوای مواد معدنی آن و همچنین جغرافیای تولید بستگی دارد. به عنوان سوخت جامد، نه تنها زغال‌سنگ خالص یافت می‌شود، بلکه سرباره زغال‌سنگ با غنای پایین نیز یافت می‌شود که به شکل بریکت فشرده می‌شود.

گلوله ها (گرانول های سوخت) سوخت های جامدی هستند که به صورت صنعتی از ضایعات چوب و گیاهان ایجاد می شوند: براده ها، پوست، مقوا، کاه.

مواد خام خرد شده به صورت گرد و غبار، خشک می شود و در گرانولاتور ریخته می شود و از آنجا به شکل دانه های یک شکل خاص خارج می شود. برای افزودن ویسکوزیته به جرم، از یک پلیمر گیاهی، لیگنین، استفاده می شود. پیچیدگی فرایند تولیدو تقاضای بالا قیمت گلوله را تعیین می کند. این ماده در بویلرهای مجهز به ویژه استفاده می شود.

انواع سوخت بسته به ماده ای که از آن پردازش می شود تعیین می شود:

• چوب گرد درختان از هر گونه؛
• پوشال؛
• ذغال سنگ نارس؛
• پوسته آفتابگردان

از جمله مزایایی که گلوله های سوختی دارند، می توان به ویژگی های زیر اشاره کرد:

• دوستی با محیط زیست؛
• ناتوانی در تغییر شکل و مقاومت در برابر قارچ؛
• ذخیره سازی آسان حتی در خارج از منزل؛
• یکنواختی و مدت زمان احتراق؛
• هزینه نسبتا کم؛
• امکان استفاده برای وسایل گرمایشی مختلف;
• اندازه گرانول مناسب برای بارگیری خودکار در دیگ بخار مجهز.

بریکت

بریکت ها سوخت جامدی هستند که از بسیاری جهات شبیه گلوله ها هستند. برای ساخت آنها از مواد یکسان استفاده می شود: تراشه های چوب، براده ها، ذغال سنگ نارس، پوسته و کاه. در طی فرآیند تولید، مواد خام خرد شده و با فشرده سازی به شکل بریکت در می آیند. این ماده همچنین یک سوخت سازگار با محیط زیست است. حتی در فضای باز هم نگهداری راحت است. احتراق صاف، یکنواخت و آهسته این سوخت را می توان هم در شومینه و اجاق گاز و هم در دیگ های گرمایش مشاهده کرد.

انواع سوخت جامد سازگار با محیط زیست که در بالا مورد بحث قرار گرفت، جایگزین خوبی برای تولید گرما هستند. در مقایسه با منابع فسیلی انرژی حرارتی که اثر نامطلوبی بر احتراق دارند محیطو علاوه بر این، غیر قابل تجدید بودن، سوخت های جایگزین دارای مزایای واضح و هزینه نسبتا پایین هستند که برای دسته خاصی از مصرف کنندگان مهم است.

در عین حال، خطر آتش سوزی چنین سوخت هایی بسیار بیشتر است. بنابراین لازم است در خصوص نگهداری آنها و استفاده از مصالح مقاوم در برابر آتش برای دیوارها اقدامات ایمنی انجام شود.

سوخت های مایع و گازی

در مورد مواد قابل اشتعال مایع و گاز، وضعیت در اینجا به شرح زیر است.

هر روز با روشن کردن مشعل روی اجاق گاز، تعداد کمی از مردم به این فکر می کنند که تولید گاز از چه زمانی آغاز شده است. در کشور ما توسعه آن از قرن بیستم آغاز شد. قبل از این، به سادگی در هنگام استخراج فرآورده های نفتی یافت می شد. ارزش حرارتی گاز طبیعی به قدری بالا است که امروزه این ماده خام به سادگی غیر قابل تعویض است و آنالوگ های با کیفیت آن هنوز ساخته نشده اند.

جدول ارزش کالری به شما در انتخاب سوخت برای گرم کردن خانه کمک می کند

ویژگی های سوخت های فسیلی

گاز طبیعی یک سوخت فسیلی مهم است که جایگاه پیشرو در تعادل سوخت و انرژی بسیاری از کشورها را به خود اختصاص داده است. برای تامین سوخت شهرها و شرکت های فنی مختلف، آنها گازهای قابل اشتعال مختلفی را مصرف می کنند، زیرا گاز طبیعی خطرناک تلقی می شود.

کارشناسان محیط زیست بر این باورند که گاز پاک ترین سوخت است و در هنگام سوزاندن، انتشار آن بسیار کمتر است مواد سمیاز هیزم، زغال سنگ، نفت. این سوخت روزانه مورد استفاده افراد قرار می گیرد و حاوی مواد افزودنی مانند خوشبو کننده است که در تاسیسات مجهز به نسبت 16 میلی گرم به ازای هر هزار متر مکعب گاز اضافه می شود.

یکی از اجزای مهم ماده متان (تقریباً 88-96٪) است، بقیه مواد شیمیایی دیگر است:

• بوتان
• سولفید هیدروژن؛
• پروپان؛
• نیتروژن؛
• اکسیژن.

در این ویدیو به نقش زغال سنگ می پردازیم:

مقدار متان در سوخت طبیعیبه طور مستقیم به سپرده آن بستگی دارد.

نوع سوخت توصیف شده از اجزای هیدروکربنی و غیر هیدروکربنی تشکیل شده است. سوخت های فسیلی طبیعی در درجه اول متان است که شامل بوتان و پروپان می شود. جدا از اجزای هیدروکربنی، سوخت فسیلی توصیف شده حاوی نیتروژن، گوگرد، هلیوم و آرگون است. بخارات مایع نیز یافت می شود، اما فقط در میادین گاز و نفت.

انواع سپرده ها

انواع مختلفی از رسوبات گاز وجود دارد. آنها به انواع زیر تقسیم می شوند:

• گاز؛
• روغن

آنها ویژگی متمایزمحتوای هیدروکربن است. ذخایر گاز تقریباً 85 تا 90 درصد ماده حاضر را در خود جای داده است، میادین نفتی بیش از 50 درصد را شامل نمی شود. درصدهای باقیمانده را موادی مانند بوتان، پروپان و روغن اشغال می کنند.

یک عیب بزرگ تولید روغن، شستشوی آن از مواد افزودنی مختلف است. گوگرد به عنوان ناخالصی در شرکت های فنی استفاده می شود.

مصرف گاز طبیعی

بوتان به عنوان سوخت در پمپ بنزین خودروها مصرف می شود و مواد آلیپروپان نامیده می شود که برای شارژ مجدد فندک استفاده می شود. استیلن ماده ای بسیار قابل اشتعال است و در جوشکاری و برش فلز استفاده می شود.

از سوخت های فسیلی در زندگی روزمره استفاده می شود:

• ستون ها؛
• اجاق گاز؛

این نوع سوخت ارزان‌ترین و بی‌ضررترین سوخت محسوب می‌شود؛ تنها ایراد آن انتشار دی اکسید کربن در جو هنگام سوختن است. دانشمندان در سراسر سیاره به دنبال جایگزینی برای انرژی حرارتی هستند.

ارزش کالری

ارزش حرارتی گاز طبیعی مقدار گرمایی است که وقتی یک واحد سوخت به اندازه کافی سوزانده شود تولید می شود. مقدار گرمای آزاد شده در حین احتراق به یک متر مکعب در شرایط طبیعی گفته می شود.

ظرفیت حرارتی گاز طبیعی در شاخص های زیر اندازه گیری می شود:

• kcal/nm 3;
• کیلو کالری بر متر مکعب

ارزش کالری بالا و پایین وجود دارد:

1. بالا. گرمای بخار آب تولید شده در حین احتراق سوخت را در نظر می گیرد.
2. کم. گرمای موجود در بخار آب را در نظر نمی گیرد، زیرا چنین بخاراتی متراکم نمی شوند، اما با محصولات احتراق ترک می کنند. به دلیل تجمع بخار آب، مقدار حرارتی معادل 540 کیلو کالری بر کیلوگرم تشکیل می دهد. علاوه بر این، هنگامی که میعانات سرد می شود، گرما از 80 تا 100 کیلو کالری بر کیلوگرم خارج می شود. به طور کلی به دلیل تجمع بخار آب بیش از 600 کیلو کالری بر کیلوگرم تشکیل می شود که این وجه تمایز بین حرارت خروجی بالا و کم است.

برای اکثریت قریب به اتفاق گازهای مصرف شده در سیستم توزیع سوخت شهری، این تفاوت معادل 10 درصد است. برای تامین گاز شهرها، ارزش حرارتی آن باید بیش از 3500 کیلوکالری در نانومتر مکعب باشد. این با این واقعیت توضیح داده می شود که عرضه از طریق یک خط لوله در فواصل طولانی انجام می شود. اگر ارزش حرارتی کم باشد، عرضه آن افزایش می یابد.

اگر ارزش حرارتی گاز طبیعی کمتر از 3500 کیلوکالری بر نانومتر باشد، بیشتر در صنعت استفاده می شود. نیازی به حمل و نقل در مسافت های طولانی نیست و احتراق بسیار آسان تر می شود. تغییرات جدی در ارزش حرارتی گاز نیاز به تنظیم مکرر و گاهی اوقات تعویض دارد مقدار زیادمشعل های استاندارد سنسورهای خانگی، که منجر به مشکلاتی می شود.

این وضعیت منجر به افزایش قطر خطوط لوله گاز و همچنین افزایش هزینه های فلزی، نصب و راه اندازی شبکه می شود. یکی از معایب بزرگ سوخت‌های فسیلی کم کالری، محتوای عظیم مونوکسید کربن است که به نوبه خود و همچنین تجهیزات، سطح تهدید را در طول عملیات سوخت و تعمیر و نگهداری خط لوله افزایش می‌دهد.

گرمای آزاد شده در طی احتراق، که از 3500 کیلوکالری بر نانومتر 3 تجاوز نمی کند، اغلب در تولید صنعتی، جایی که نیازی به انتقال آن در مسافت طولانی نیست و به راحتی باعث احتراق می شود.

5. تعادل حرارتی احتراق

بیایید روش های محاسبه را در نظر بگیریم تعادل حرارتیفرآیند احتراق گاز، مایع و سوخت های جامد. محاسبه به حل مسائل زیر ختم می شود.

· تعیین گرمای احتراق ( ارزش حرارتی ) سوخت.

· تعیین دمای احتراق نظری.

5.1. گرمای احتراق

واکنش های شیمیایی با آزاد شدن یا جذب گرما همراه است. هنگامی که گرما آزاد می شود، واکنش گرمازا و هنگامی که گرما جذب می شود، گرماگیر نامیده می شود. همه واکنش های احتراق گرمازا هستند و محصولات احتراق ترکیبات گرمازا هستند.

در طول جریان آزاد می شود (یا جذب می شود). واکنش شیمیاییگرما را گرمای واکنش می گویند. در واکنش های گرمازا مثبت و در واکنش های گرماگیر منفی است. واکنش احتراق همیشه با انتشار گرما همراه است. گرمای احتراق Q g(J/mol) مقدار گرمایی است که در طی احتراق کامل یک مول از یک ماده و تبدیل یک ماده قابل احتراق به محصولات احتراق کامل آزاد می شود. مول واحد پایه SI کمیت یک ماده است. یک مول مقدار ماده ای است که دارای همان تعداد ذرات (اتم، مولکول و غیره) است که اتم های موجود در 12 گرم ایزوتوپ کربن-12 وجود دارد. جرم مقداری از یک ماده برابر با 1 مول (جرم مولکولی یا مولی) از نظر عددی با جرم مولکولی نسبی این ماده منطبق است.

به عنوان مثال، وزن مولکولی نسبی اکسیژن (O 2) 32، دی اکسید کربن (CO 2) 44 است و وزن مولکولی مربوطه M = 32 g/mol و M = 44 g/mol خواهد بود. بنابراین، یک مول اکسیژن حاوی 32 گرم از این ماده و یک مول CO 2 حاوی 44 گرم دی اکسید کربن است.

در محاسبات فنی، گرمای احتراق نیست که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. Q gو ارزش حرارتی سوخت س(J/kg یا J/m 3). ارزش حرارتی یک ماده مقدار گرمایی است که در طی احتراق کامل 1 کیلوگرم یا 1 متر مکعب از یک ماده آزاد می شود. برای مواد مایع و جامد، محاسبه در هر 1 کیلوگرم و برای مواد گازی - در هر 1 متر مکعب انجام می شود.

آگاهی از گرمای احتراق و ارزش حرارتی سوخت برای محاسبه دمای احتراق یا انفجار، فشار انفجار، سرعت انتشار شعله و سایر مشخصات ضروری است. ارزش حرارتی سوخت یا به صورت تجربی یا با محاسبه تعیین می شود. هنگام تعیین تجربی ارزش حرارتی، یک جرم معین از سوخت جامد یا مایع در یک بمب کالریمتری و در مورد سوخت گازی، در یک کالری‌سنج گازی سوزانده می‌شود. این ابزارها گرمای کل را اندازه گیری می کنند س 0 در هنگام احتراق یک نمونه از وزن سوخت آزاد می شود متر. ارزش کالری Q gبا فرمول پیدا می شود

رابطه بین گرمای احتراق و
ارزش حرارتی سوخت

برای ایجاد ارتباط بین گرمای احتراق و ارزش حرارتی یک ماده، باید معادله واکنش شیمیایی احتراق را یادداشت کرد.

محصول احتراق کامل کربن دی اکسید کربن است:

C+O2 →CO2.

محصول احتراق کامل هیدروژن آب است:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O.

محصول احتراق کامل گوگرد دی اکسید گوگرد است:

S + O 2 → SO 2.

در این حالت نیتروژن، هالوژن و سایر عناصر غیر قابل احتراق به صورت آزاد آزاد می شوند.

ماده قابل احتراق - گاز

به عنوان مثال، اجازه دهید ارزش حرارتی متان CH 4 را محاسبه کنیم، که گرمای احتراق برابر است با Q g=882.6 .

بیایید وزن مولکولی متان را مطابق با آن تعیین کنیم فرمول شیمیایی(CH 4):

M=1∙12+4∙1=16 گرم در مول.

· بیایید تعیین کنیم ارزش حرارتی 1 کیلوگرم متان:

بیایید حجم 1 کیلوگرم متان را با دانستن چگالی آن ρ=0.717 کیلوگرم بر متر مکعب در شرایط عادی:

.

بیایید ارزش حرارتی 1 متر مکعب متان را تعیین کنیم:

ارزش حرارتی هر گاز قابل احتراق به طور مشابه تعیین می شود. برای بسیاری از مواد رایج، گرمای احتراق و ارزش حرارتی با دقت بالا اندازه گیری شده است و در ادبیات مرجع مربوطه آورده شده است. در اینجا جدولی از ارزش حرارتی برخی از مواد گازی آورده شده است (جدول 5.1). اندازه سدر این جدول بر حسب MJ/m3 و kcal/m3 آورده شده است، زیرا 1 کیلو کالری = 4.1868 کیلوژول اغلب به عنوان واحد گرما استفاده می شود.

جدول 5.1

ارزش حرارتی گاز سوخت های مختلف

ماده			استیلن
س

ماده قابل احتراق - مایع یا جامد

به عنوان مثال، اجازه دهید ارزش حرارتی الکل اتیلیک C 2 H 5 OH را محاسبه کنیم، که گرمای احتراق برای آن برابر است. Q g= 1373.3 کیلوژول بر مول.

بیایید وزن مولکولی اتیل الکل را مطابق با فرمول شیمیایی آن (C 2 H 5 OH ) تعیین کنیم:

M = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1∙1 = 46 گرم در مول.

بیایید ارزش حرارتی 1 کیلوگرم الکل اتیلیک را تعیین کنیم:

ارزش حرارتی هر ماده قابل احتراق مایع و جامد به طور مشابه تعیین می شود. روی میز 5.2 و 5.3 مقادیر کالری را نشان می دهد س(MJ/kg و kcal/kg) برای برخی مایعات و جامدات.

جدول 5.2

ارزش حرارتی سوخت های مایع

ماده		متیل الکل	اتانول			نفت کوره، نفت
س

جدول 5.3

ارزش حرارتی سوخت جامد

ماده		درخت تازه است	چوب خشک	زغال سنگ قهوه ای	ذغال سنگ نارس خشک	آنتراسیت، کک
س

فرمول مندلیف

اگر ارزش حرارتی سوخت ناشناخته باشد، می توان آن را با استفاده از فرمول تجربی پیشنهاد شده توسط D.I محاسبه کرد. مندلیف. برای انجام این کار، باید ترکیب عنصری سوخت (فرمول سوخت معادل)، یعنی درصد محتوای عناصر زیر در آن را بدانید:

اکسیژن (O)؛

هیدروژن (H)؛

کربن (C)؛

گوگرد (S)؛

خاکستر (A)؛

آب (W).

محصولات احتراق سوخت همیشه حاوی بخار آب، هم به دلیل وجود رطوبت در سوخت و هم در حین احتراق هیدروژن ایجاد می شود. محصولات احتراق زباله از یک کارخانه صنعتی در دمای بالاتر از نقطه شبنم خارج می شوند. بنابراین گرمایی که در حین تراکم بخار آب آزاد می شود نمی تواند استفاده مفیدی داشته باشد و نباید در محاسبات حرارتی مورد توجه قرار گیرد.

معمولاً از ارزش حرارتی خالص برای محاسبه استفاده می شود Q nسوخت، که تلفات حرارتی با بخار آب را در نظر می گیرد. برای سوخت جامد و مایع ارزش Q n(MJ/kg) تقریباً با فرمول مندلیف تعیین می شود:

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

که در آن درصد (wt.%) محتوای عناصر مربوطه در ترکیب سوخت در پرانتز نشان داده شده است.

این فرمول گرمای واکنش‌های احتراق گرمازا کربن، هیدروژن و گوگرد (با علامت مثبت) را در نظر می‌گیرد. اکسیژن موجود در سوخت تا حدی جایگزین اکسیژن در هوا می شود، بنابراین عبارت مربوطه در فرمول (5.1) با علامت منفی گرفته می شود. هنگامی که رطوبت تبخیر می شود، گرما مصرف می شود، بنابراین عبارت مربوطه حاوی W نیز با علامت منفی گرفته می شود.

مقایسه داده های محاسبه شده و تجربی در مورد ارزش حرارتی سوخت های مختلف (چوب، ذغال سنگ نارس، زغال سنگ، نفت) نشان داد که محاسبه با استفاده از فرمول مندلیف (5.1) خطای بیش از 10٪ را نمی دهد.

ارزش کالری خالص Q n(MJ/m3) گازهای قابل احتراق خشک را می توان با دقت کافی به عنوان مجموع محصولات ارزش حرارتی اجزای جداگانه و آنها محاسبه کرد. درصددر 1 متر مکعب سوخت گازی.

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)

که در آن درصد (حجمی %) محتوای گازهای مربوطه در مخلوط در پرانتز نشان داده شده است.

به طور متوسط، ارزش حرارتی گاز طبیعی تقریباً 53.6 MJ/m3 است. در گازهای قابل احتراق مصنوعی تولید شده، محتوای متان CH4 ناچیز است. اجزای اصلی قابل اشتعال هیدروژن H2 و مونوکسید کربن CO هستند. به عنوان مثال، در گاز کوره کک، محتوای H2 به (55 ÷ 60)٪ می رسد، و ارزش حرارتی کمتر چنین گازی به 17.6 MJ/m3 می رسد. گاز ژنراتور حاوی CO ~ 30٪ و H 2 ~ 15٪ است، در حالی که ارزش حرارتی کمتر گاز ژنراتور است. Q n= (5.2÷6.5) MJ/m3. محتوای CO و H 2 در گاز کوره بلند کمتر است. اندازه Q n= (4.0÷4.2) MJ/m 3.

بیایید به مثال هایی از محاسبه ارزش حرارتی مواد با استفاده از فرمول مندلیف نگاه کنیم.

اجازه دهید ارزش حرارتی زغال سنگ را تعیین کنیم که ترکیب عنصری آن در جدول آورده شده است. 5.4.

جدول 5.4

ترکیب عنصری زغال سنگ

· بیایید موارد داده شده در جدول را جایگزین کنیم. داده های 5.4 در فرمول مندلیف (5.1) (نیتروژن N و خاکستر A در این فرمول گنجانده نشده است، زیرا آنها مواد بی اثر هستند و در واکنش احتراق شرکت نمی کنند):

Q n=0.339∙37.2+1.025∙2.6+0.1085∙0.6–0.1085∙12–0.025∙40=13.04 MJ/kg.

اجازه دهید مقدار هیزم مورد نیاز برای گرم کردن 50 لیتر آب از 10 درجه سانتیگراد تا 100 درجه سانتیگراد را تعیین کنیم، در صورتی که 5٪ از گرمای آزاد شده در حین احتراق برای گرمایش مصرف شود و ظرفیت گرمایی آب با=1 کیلوکالری/(کیلوگرم درجه) یا 1868/4 کیلوژول/(کیلوگرم درجه). ترکیب عنصری هیزم در جدول آورده شده است. 5.5:

جدول 5.5

ترکیب عنصری هیزم

	بیایید ارزش حرارتی هیزم را با استفاده از فرمول مندلیف (5.1) پیدا کنیم: Q n=0.339∙43+1.025∙7–0.1085∙41–0.025∙7= 17.12 MJ/kg. بیایید مقدار گرمای صرف شده برای گرم کردن آب هنگام سوزاندن 1 کیلوگرم هیزم را تعیین کنیم (با در نظر گرفتن این واقعیت که 5٪ از گرمای آزاد شده در هنگام احتراق (a = 0.05) صرف گرم کردن آن می شود): س 2 = a Q n= 0.05 · 17.12 = 0.86 MJ/kg. · مقدار هیزم مورد نیاز برای گرم کردن 50 لیتر آب از 10 درجه سانتیگراد تا 100 درجه سانتیگراد را تعیین می کنیم: کیلوگرم. بنابراین برای گرم کردن آب حدود 22 کیلوگرم هیزم لازم است.

گرمای احتراق با ترکیب شیمیایی ماده قابل احتراق تعیین می شود. عناصر شیمیایی موجود در یک ماده قابل اشتعال با نمادهای پذیرفته شده نشان داده می شوند با , ن , در باره , ن , اس، و خاکستر و آب نماد هستند آو دبلیوبه ترتیب.

یوتیوب دایره المعارفی

• 1 / 5

  گرمای احتراق را می توان با جرم کاری ماده قابل احتراق مرتبط کرد Q P (\displaystyle Q^(P))یعنی به ماده قابل اشتعال به شکلی که به دست مصرف کننده می رسد. به وزن خشک ماده Q C (\displaystyle Q^(C)); به یک توده مواد قابل اشتعال Q Γ (\displaystyle Q^(\Gamma ))یعنی به ماده ای قابل اشتعال که رطوبت و خاکستر نداشته باشد.

  بالاتر وجود دارد ( Q B (\displaystyle Q_(B))) و پایین تر ( Q H (\displaystyle Q_(H))) گرمای احتراق.

  زیر ارزش کالری بالاتردرک مقدار گرمایی که در طی احتراق کامل یک ماده آزاد می شود، از جمله گرمای تراکم بخار آب هنگام خنک کردن محصولات احتراق.

  ارزش کالری خالصمربوط به مقدار گرمایی است که در طی احتراق کامل بدون در نظر گرفتن گرمای تراکم بخار آب آزاد می شود. گرمای تراکم بخار آب نیز نامیده می شود گرمای نهان تبخیر (تراکم).

  مقادیر کالری کمتر و بالاتر با این رابطه مرتبط هستند: Q B = Q H + k (W + 9 H) (\displaystyle Q_(B)=Q_(H)+k(W+9H)),

  که در آن k ضریب برابر با 25 کیلوژول بر کیلوگرم (6 کیلو کالری بر کیلوگرم) است. W مقدار آب موجود در ماده قابل اشتعال، % (بر حسب جرم) است. H مقدار هیدروژن در یک ماده قابل احتراق، % (بر حسب جرم) است.

  محاسبه ارزش حرارتی

  بنابراین، ارزش حرارتی بالاتر، مقدار گرمایی است که در طی احتراق کامل یک واحد جرم یا حجم (برای گاز) یک ماده قابل احتراق و خنک شدن محصولات احتراق تا دمای نقطه شبنم آزاد می شود. در محاسبات مهندسی حرارتی، ارزش حرارتی بالاتر 100 درصد در نظر گرفته می شود. گرمای نهان احتراق گاز، گرمایی است که در طی تراکم بخار آب موجود در محصولات احتراق آزاد می شود. از نظر تئوری، می تواند به 11٪ برسد.

  در عمل، خنک کردن محصولات احتراق تا زمان تراکم کامل امکان پذیر نیست و بنابراین مفهوم ارزش حرارتی کمتر (QHp) معرفی شده است که با کم کردن گرمای تبخیر بخار آب موجود در هر دو از ارزش حرارتی بالاتر، به دست می آید. ماده و آنهایی که در طی احتراق آن تشکیل می شوند. تبخیر 1 کیلوگرم بخار آب به 2514 کیلوژول بر کیلوگرم (600 کیلو کالری بر کیلوگرم) نیاز دارد. مقدار کالری کمتر با فرمول (kJ/kg یا kcal/kg) تعیین می شود:

  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))(برای ماده جامد)

  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))(برای یک ماده مایع)، که در آن:

  2514 - گرمای تبخیر در 0 درجه سانتیگراد و فشار جو، کیلوژول بر کیلوگرم؛

  H P (\displaystyle H^(P))و W P (\displaystyle W^(P))- محتوای هیدروژن و بخار آب در سوخت کار،٪؛

  9 ضریبی است که نشان می دهد احتراق 1 کیلوگرم هیدروژن در ترکیب با اکسیژن 9 کیلوگرم آب تولید می کند.

  گرمای احتراق مهمترین مشخصه سوخت است، زیرا مقدار گرمای حاصل از سوزاندن 1 کیلوگرم سوخت جامد یا مایع یا 1 متر مکعب سوخت گازی را بر حسب کیلوژول بر کیلوگرم (کیلو کالری بر کیلوگرم) تعیین می کند. 1 کیلو کالری = 4.1868 یا 4.19 کیلوژول.

  ارزش حرارتی کمتر به صورت تجربی برای هر ماده تعیین می شود و یک مقدار مرجع است. همچنین می توان آن را برای مواد جامد و مایع، با ترکیب عنصری شناخته شده، با محاسبه مطابق با فرمول D.I. Mendeleev، kJ/kg یا kcal/kg تعیین کرد:

  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^(P) 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))، جایی که:

  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))- محتوای کربن، هیدروژن، اکسیژن، گوگرد فرار و رطوبت در جرم کار سوخت بر حسب درصد (بر حسب وزن).

  برای محاسبات مقایسه ای، از سوخت به اصطلاح معمولی استفاده می شود که دارای گرمای ویژه احتراق برابر با 29308 کیلوژول بر کیلوگرم (7000 کیلو کالری بر کیلوگرم) است.

  در روسیه، محاسبات حرارتی (به عنوان مثال، محاسبه بار حرارتی برای تعیین طبقه بندی یک اتاق از نظر انفجار و خطر آتش سوزی) معمولاً با استفاده از کمترین ارزش حرارتی، در ایالات متحده آمریکا، بریتانیا و فرانسه انجام می شود - با توجه به به بالاترین. در بریتانیا و ایالات متحده، قبل از معرفی سیستم متریک، گرمای ویژه احتراق بر حسب واحد حرارتی بریتانیا (BTU) در هر پوند (پوند) (1Btu/lb = 2.326 کیلوژول بر کیلوگرم) اندازه‌گیری می‌شد.

  مواد و مواد	ارزش کالری خالص Q H P (\displaystyle Q_(H)^(P)) MJ/kg
  بنزین	41,87
  نفت سفید	43,54
  مقاله: کتاب، مجلات	13,4
  چوب (بلوک W = 14%)	13,8
  لاستیک طبیعی	44,73
  مشمع کف اتاق پلی وینیل کلراید	14,31
  لاستیک	33,52
  فیبر منگنه	13,8
  پلی اتیلن	47,14
  پلی استایرن منبسط شده	41,6
  پنبه شل شد	15,7
  پلاستیک	41,87