Отын, отынның жануы

Жұмыстың мақсаты: Отынның жылу шығару қабілеттілігін оқу.

Жұмыс жоспары:

1. Теориялық бөлім

2. Отынның жылу шығару қабілеті

3. Өзіндік жұмысқа арналған тапсырмалар

Кілт сөздер: Отын, гигроскопиялық ылғал, жылулық эффекттер.

Бақылау сұрақтары:

1. Жылу шығару қабілеті деп нені атайды?

2. Гесс заңы нені білдіреді?

3. Жылулық эффект деп нені атайды?

4. Жоғары жылу шығару қабілетін есептеу формуласы.

5. Төмен жылу шығару қабілетін есептеу формуласы.

Глоссарий:

1. Отынның жылу шығару қабілеті - салмағының бірлігі толық жанғандағы бөлінетін жылу мөлшері (немесе көлем - газ үшін).

2. Химиялық реакцияның жылулық эффектісі - тұрақты көлемде немесе қысымдағы тек сыртқы қысымға қарсы жұмыстан басқа ешқандай жұмыс жасамайтын жүйе, бастапқы заттар мен өнім сол бір температурада болатын күйдегі реакция өтуі кезінде бөлінетін немесе сіңірілетін жылу мөлшері.

Теориялық бөлім

Отынның жылу шығару қабілеті

Салмағының бірлігі толық жанғандағы бөлінетін жылу мөлшері (немесе көлем - газ үшін). Қатты және сұйық отынның жылу шығару қабілеті ккал / кг түрінде өрнектеледі, ал газтәрізділер үшін - ккал / нм³.

Гесс заңы бойынша органикалық қосылыстың жану жылуы, сутек пен көміртегі бар жиынтық жану жылуымен қосылыстың молекулаларының түзілу жылуы арасындағы өзгерісіне тең.

Отынның жылу шығару қабілеті келесі өрнекпен анықталады:

Q_ш = 8l,37 · C_ж + 341,8(H_ж - О_ж / 8) + 21,81S_ж ккал / кг, (3.1)

мұндағы, С_ж, H_ж, O_ж, S_ж - көміртектің, оттектің, сутектің, күкірттің отынның жұмысшы массасындағы құрамы, %.

Бұл формула арқылы отынның жұмысшы массасы бойынша жоғары жылу шығару қабілетін есептейді (Q_ш), гигроскопиялық ылғалды есепке алмағанда және егер сутек сұйық су түзе тотықса. Практикада отынды жаққанда түзілген су бу болып кетеді, демек, әрбір тотығатын сутек пайызына 289,05ккал жылу бөлінеді, гигроскопиялық ылғалдың булануына шамамен 600ккал / кг кетеді. Түзетулерді енгізіп, практикалық жағдайлардағы жануға жауап беретін, отынның жылу шығару қабілетін есептейтін формула аламыз:

Q_т = 81,37С_ж + 289,05(Н_ж - O_ж / 8) + 21,81S_ж - 6WР_ж ккал / кг, (3.2)

мұндағы, W_ж - отынның жұмысшы массасындағы гигроскопиялық ылғалдың үлесі.

Мысал №1

Тас көмір келесі құрамға ие: 71,20% С_ж, 4,95% Н_ж, 9,20% О_ж, 1,42% N_ж, 0,80% S_ж, 9,33% А_ж, 3,10% W_ж, Σ = 100%. Оның жылу шығару қабілетін анықтау керек.

Шешімі:

Формула (3.1) бойынша жоғары жылу шығару қабілетін есептеу:

Q_ш = 81,37С_ж + 341,8(H_ж - O_ж / 8) + 21,81S_ж ккал / кг,

Q_ш = 81,37 · 71,20 + 341,8(4,95 - 9,20 / 8) + 21,81 · 0,80 = 7110ккал / кг.

Форму­ла (3.2) бойынша төмен жылу шығару қабілетін есептеуге болады:

Q_т = 81,37С_ж + 289,05(Н_ж - О_ж / 8) + 21,81S_ж - 6W_ж = 6891ккал / кг.

Мысал №2

Генераторлы газдың жылу шығару қабілетін анықтау, құрамы: 2,80 об. % СО₂, 30,3 об. % СО, 3,10 об. % СН₄, 0,25 об. % С₂Н₄, 12,20 об. % Н₂, > 51,35 об. % N₂.

Шешімі:

Газ қоспасының компоненттерінің жануының жылулық эффектілерін қолдана отырып:

СН₄ үшін:

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О (пар) + 192400ккал / кг · моль немесе ккал / 22,4м³,

СО үшін:

СО + 1 / 2O₂ = СО₂ + 68220ккал / кг · моль немесе ккал / 22,4м³,

С₂Н₄ үшін:

С₂H₄ + 3О₂ = 2СО₂ + 2H₂О (пap) + 319000ккал / кг · моль немесе ккал / 22,4м³,

Н₂ үшін:

H₂ + 1 / 2O₂ = Н₂O (пар) + 57810ккал / кг · моль немесе ккал / 22,4м³,

1м³ газдағы жанатын компоненттердің жылулық эффекттердің қосындысы ретінде газдың жылу шығару қабілетін шығарамыз:

Q_т = 68220 · 0,303 + 192400 · 0,031 + 319000 · 0,0025 + 57810 · 0,122 / 22,4 = 1544ккал / м³.

Мысал №3

Тас көмір келесі құрамға ие: 80,0% С_ж, 5,0% Н_ж, 6,0% О_ж, 1,0% N_ж, 5,0% А_ж, 3,0% W_ж, Σ = 100%, ауа артығымен жанады 60%. Анықтау керек: 1) 100кг көмірді жағуға ауа шығынын, 2) 100кг көмірдің қалыпты жағдайда жанған өнімдердің шығыны, 3) көлемді және салмақты пайыз түрінде түтіннің құрамы және 1м³ түтін салмағын.

Шешімі:

1. Алдымен ауаның теориялық шығынын есептеп аламыз. Көмірдің жанғыш компоненттері мына реакция бойынша жанады:

C + O₂ = CO₂, 2Н₂ + О₂ = 2H₂O,

Осыдан көріп тұрғандай, 1кг көміртегі толық жануына 32 / 12 = 8 / 3кг оттегі керек, 1кг сутекке 32 / 4 = 8кг оттегі керек.

Демек, 100кг көмірдегі 80,0кг көміртегіні толық жануына 8 / 3 · 80,0 = 213,3кг оттегі және 5,0кг сутекті жағу үшін 8 · 5,0 = 40,0кг оттегі, демек барлығы 253,3кг, ал көмірде 6,0кг оттегі бар. Сонымен ауамен бірге 247,3кг оттегі жіберу керек.

Егер ауада 1сал. с. оттегіге 3,31сал. с. азот келетін болса, онда 247,3кг оттегімен қатар 247,3 · 3,31 = 818,6кг азот салынады. Теориялық ауа шығыны құрайды: 247,3 + 818,6 = 1065,9кг.

Ауаның шығыны 60% болса, онда ауаның толық шығыны 1065,9 · 1,6 = 1705,4кг немесе 1705,4 / 1,293 = 1319м³ - ке тең.

2. Жанған өнімдерге түседі: СО₂, жанғанда алынған көміртек; Н₂О, сутегінің жануы кезінде пайда болған, отынның ылғалдылығы; О₂, артық аудағы, және барлық N_2, толық ауа шығынымен түскен. Артық ауаның мөлшері 1705 - 1065,9 = 639,5кг, ондағы оттегінің мөлшері (639,5 · 23,2) / 100 = 148,4кг. Осылай жанған өнімдер құрамына кіреді:

_{CO2 = 80 · 44 / 12 = 293,3кг немесе 293,3 · 22,4 / 44 = 149,3нм3 0о және 1ат қысымда,}

_{H2O = 5 · 36 / 4 + 3,0 = 48,0кг немесе 48 · 22,4 / 18 = 59,7нм3 0о және 1ат қысымда,}

_{N2 = 1705,4 · 73 / 100 + 1,0 = 1310,7кг немесе 1310,7 · 22,4 / 28 = 1048,6нм3.}

Жанған өнімдердің шығуы 1800,4кг немесе 1361,5нм³ құрайды.

3. Түтіннің пайыздық құрамы есептен анықталады:

_{CO2  = 293,3 · 100 / 1800,4 = 16,3% вес. немесе 149,3 · 100 / 1361,5 = 11об. %,}

_{H2O = 48 · 100 / 1800,4 = 2,7 немесе 59,7 · 100 / 1361,5 = 4,4,}

_{O2 = 148,4 · 100 / 1800,4 = 8,2 немесе 103,9 · 100 / 1361,5 = 7,6,}

_{N2 = 1310,7 · 100 / 1800,4 = 72,8 немесе 1048,6 · 100 / 1361,5 = 77,0.}

_{Түтін салмағы 1нм3 0оС және 1ат қысымда 1800,4 / 1361,5 = 1,322кг құрайды.}