Дәріс №30. Жэс және өндіріс орындарындағы су және отын технологиясы: теория негіздері, әдістері мен өңдеу тәсілдері.

Отын туралы түсінік. Отын түрлері, сипаты, топтасуы, құрамы. Қалдықтары, жану жылылығы.

Отын деп белгілі бір түрлену процесінен өткенде, техникалық тұрғыдан қолдануға болатын энергия беретін затты айтады. Отынның екі негізгі тобы, яғни энергия бөліну принципі бойынша, белгілі – ядролық отын , ядролық түрлену нәтижесінде энергия бөлетін, және химиялық отын – жанғыш элементердің тотығуынан энергия бөлетін заттар. Бұл процесс жану нәтижесінде болады. Қазіргі кезде көптеген табиғи, жасанды отындар түрлері қолданылады.

Мұнай, табиғи газдар да ұзақ геологиялық мерзім бойы органикалық қалдықтардан (орта дәуірінде мекен еткен алып кесіртке тектес жануарлардың) түзіліп, тау жыныстар арасында ойпаң жерлерде жиналған. Табиғи газ құрамында көміртектер өте көп болады, мысалы метан СН₄ үлесі 98% дейін жетеді.

Түрлі технологиялық процестер нәтижесінде алынатын жасанды газдар (кокстен т.б.) – энергетикалық мақсатта өте сирек қолданылады.

Отынның негізгі сипттарына – құрамы, жану жылулығы, жанудағы адиабатты температурасы, пайда болатын жану қалдықтары сипаты, жалын пайда болу температурасы, атылу жағдайы (тізбелік реакция), отын және оның қалдықтарының уыттылығы.

Отын құрамы - ең маңызды сипатының бірі. Негізгі бөліктеріне көміртек С, сутек Н, оттегі О жатады. Органикалық отындарда аз мөлшерде күкірт S және азот N кіреді. Бұлардың бәрі жану процесінде қатысқандықтан, олар отынның жанғыш массасын құрайды.

Отын құрамындағы минералды массалар жану процесінде күлге А айналады, ал оның үлесі отын сапасына байланысты және отынның жылу беру қабілетін төмендетеді.

Отынның жылулық қасиетін жылу беру қабілетімен, яғни жану жылулығымен Q сипаттайды. Ол белгілі бір отын көлемі жанғанда бөлінетін жылудың көлемдік бірлігі.

Жану процесінің материалды және жылу балансы. Артық ауа коэффициенты. Жану температурасының теориясы. Жанудың негізгі теңдеуі.

Жану процесінің материалды балансын құрастырғанда, отын элементтерінің тотығуының реакциясына негізделеді. Сонда отын бірлігі жанғанда, жұмсалатын оттегі бірлігі анықталады.

Іс жүзінде жану құралдарына ауа теориялық есептеуге қарағанда артығырақ беріледі. Ал 1 кг отын жануына жұмсалатын ауа мына теңдеуден анықталады:

V =  V°, (1)

Мұнда  - ауаның артықшылық коэффициенті, немесе ауа беру коэффициенті.

Жану процесінің жылулық балансы - жану процесінен кейін пайда болатын газдың температурасын анықтауға құрылады. Адиабатты жағдайда жанғанда, барлық жылу газдарға беріледі. Газ температурасы ең жоғары деңгейде болады (отын шектеусіз ауа беріліп жанғанда) – мұны жанудың теориялық температурасы дейді. Оны дәл есептеу үшін газдың жылу сыйымдылығын есепке алу керек.

Егер жану процесі тұрақты қысымда болса, онда жылу сыйымдылық с_р. алынады. Мұнда жану өнімдерінің жиынтық энтальпиясы І берілген ауа энтальпиясынсыз I_в отынның жылу бөлу қабілетін Q_н^р көрсетеді:

I (Т_a ) - I_В (Т₀) = Q_н ^р. ( 2)

Энтальпиялар отынның 1 кг (немесе 1 нм³) мөлшерінен есептелген.

Жану процесінде ауа толығымен жетпеген жағдайда түрлі толығымен жанбау өнімдері пайда болады: СО, Н₂, СН₄ және т.б. Ең қауіпті әрі жиі пайда болатын өнім көміртек тотығы СО, оымен қоса көміртек қостотығы СО₂ пайда болады. Бірақ оттегімен белсенді реакцияға түсетін СО.

Толық жанбау процесі теңдеуі былай:

(3)

Толық жанбау процесі барысында жоғары аталған газдармен қоса СО, Н₂, СН₄ болса, онда теңдеу артық ауа коэффициентін анықтауға қолданады:

(4)

Толық жану теңдеуі мынадай:

21 = R 0₂ + О₂ +  R 0₂. (5)