PV m |
8314 |
T ; |
P |
m |
|
8314 |
T , |
или |
|
P у |
8314 |
T . |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
P |
|
|
||||||||
|
|
|
Откуда |
|
у |
, |
(1.7) |
|||||
|
|
|
|
8314 T |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где – молекулярная (молярная) масса нефтепродукта, кг/кмоль; 8314 Дж/(кмоль∙К) – универсальная газовая постоянная.
Для пр мерного нахождения плотности нефтепродукта (Р = 736 мм
рт. ст. = |
0,98 ∙ 105 Н/м2 Т = 293 К), который находится в газовом со- |
|||
стоянии, |
спользуется выражение |
|
||
С |
у 22,4. |
(1.8) |
||
|
|
|||
Напр мер, |
молекулярная (молярная) масса |
метана СН4 равна |
||
16 кг/кмоль. |
данный газ сосредоточить при атмосферных условиях в |
|||
объемеЕсли22,4 м3, то его плотность удет равна 0,714 кг/м3. Зная плотность газа, можно удельную теплоту сгорания в МДж/м3 перевести в МДж/кг.
В ж дкой фазе плотность метана равна 424 кг/м3. Объём метана в жидком состоянии занимает в 600 раз меньше, чем объём в газовой фазе. Это является важным фактором при транспортировке метана и использовании его в качестве топлива.
По ГОСТ Р 52087–2003 «Газы углеводородные сжиженные топлив-
|
|
Д |
||
ные» на автомобилях применяют в качестве топлива пропан автомобиль- |
||||
ный (ПА), 85±10%бАпропана, остальное бутан (для зимних условий), про- |
||||
пан – бутан автомобильный (ПБА), 50 ±10% пропана, остальное бутан. |
||||
|
В табл. 1.2 дан состав автомобильных газовых топлив ПА и ПБА. |
|||
|
|
|
Таблица 1.2 |
|
|
Характеристики сжиженных газов |
|||
|
|
|
|
|
|
Содержание газов, % |
ПА (зимний) |
ПБА |
|
|
Пропан |
90 |
40 |
|
|
Бутан |
5 |
55 |
|
|
|
|
И |
|
|
Метан, этан, этилен |
5 (3; 1; 1) |
5 (3; 1; 1) |
|
1.4. Экспериментальное определение теплоты сгорания топлив
Сущность калориметрического экспериментального метода определения теплотворной способности топлива с использованием бомбы за-
8
ключается в сжигании навески топлива определенной массы (примерно 1 г) в адиабатическом режиме в среде сжатого кислорода.
Калориметрическая бомба помещается в калориметрический сосуд объёмом 2000 – 2500 см3, заполненный водой. Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива, поглощается водой. Для выравнивания температу-
ры внутри сосуда предусматривается вертикальная мешалка, которая при- Сводится в действие от электродвигателя. Температура воды в сосуде измеряется термометром или другим точным прибором. На рис. 1.1 показана схема установки для определения теплотворной способности топлива.
и
КалориметрическаябАбомба представляет собой стальной стакан ёмкостью 300 см3 (рис. 1.2). На стакан плотно навинчивается крышка. В крышке имеется отверстие с запорным краном для подвода кислорода под
Рис. 1.1. Схема установки для определения теплотворной способности топлива
Д давлением 2 МПа. И
Рис. 1.2. Калориметрическая бомба в разобранном виде
9
В крышке установлены два электрода. Один электрод платиновый
соединен с массой. На нём есть устройство типа петли, в которую |
уста- |
|
навливается тигель (горшочек). Тигель служит для помещения |
спрес- |
|
сованного брикета твердого топлива массой около 1 г или налива жидкого |
||
топлива примерно той же массы. Другой электрод изолирован от массы. |
||
К двум электродам |
подведено напряжение 12 В. Между электродами |
|
С |
|
|
установлена запальная проволочка, которая должна касаться поверхно- |
||
сти топлива. При подаче напряжения и под действием тока проволочка |
||
нагревается, сгорает |
воспламеняет твердое или жидкое топливо. |
|
В процессе сгоран я топлива выделяется теплота. Вода массой 2 кг
температуры. Зная массу топлива, теплоёмкость воды и изменение тем-
нагреваетсяприперемеш вается с целью обеспечения в объёме одинаковой
пературы сгоран топлива, определяют его теплоту сгорания.
На практ ке для каждой калориметрической бомбы определяется её энергетическ й экв валент W путем сжигания высокочистой бензойной кристалл ческой к слоты (БК), которая является эталонным топливом. Теплота сгоран я Q БК равна 26 434 кДж/кг. Химическая формула данной
кислоты С7Н6О2, она |
елого цвета с хорошей воспламеняемостью. |
||
Численное значен |
е энергетического эквивалента W равно |
||
бW = m1∙ Q БК / T1, |
(1.9) |
||
где m1 – масса БК, о ычно равная |
1,0 г (0,001 кг); T1 – повышение тем- |
||
|
|
Д |
|
пературы воды в опыте с БК (разность между |
наибольшим показанием |
||
термометра и температуройА, при которой началось сжигание топлива, на- |
|||
пример, 5,3 0С). |
|
|
|
Для калориметрической бомбы с приведенными выше данными вели- |
|||
чина W будет равна 5 кДж / 0С. |
И |
||
Если известно численное значение энергетического эквивалента |
|||
W калориметрической бомбы, то для любого |
вида топлива (например, |
||
жидкого) высшую теплоту сгорания можно определить из выражения |
|||
|
Qтоп = |
W ∙ T2 / m2, |
(1.10) |
где m2 – масса жидкого топлива, равная 0,8 г (0,0008 кг); T1 – повышение температуры воды в опыте с исследуемым топливом (например, 7 0С). Величина Qтоп с учетом формулы (1.10) будет равна
Qтоп = 5 ∙103 ∙7 / 0,0008 = 43 750 000 Дж /кг.
10
Для более точного определения теплотворной способности данного топлива необходимо отнять от Qтоп теплоту сгорания запальной проволочки. Теплота сгорания стальной проволочки равна 6 690 кДж/кг.
Для определения теплоты сгорания топлив применяют современные
приборы с использованием персональных компьютеров и другой техники. |
||
На рис. 1.3 представлена установка для определения теплоты сгорания |
||
С |
|
|
топлив. Калориметр В-08 МА – К служит для автоматического определе- |
||
ния энергии сгорания жидких, газообразных и твердых топлив. |
||
и |
|
|
|
Р с. 1.3. Калориметр В-08 МА – К |
|
|
Содержание отчета |
|
1. |
Название, цели и задачи ра оты. |
|
2. |
Общие сведения о теплоте сгорания топлив. |
|
3. |
|
Д |
Конечные реакции сгорания водорода и углерода. |
||
4. |
РасчетныебАформулы для определения теплоты сгорания жидких и газообраз- |
|
ных топлив. |
|
|
5. |
Табл. 1.1 с теплотворной способностью различных газов. |
|
6. |
Результаты расчета теплотворной способности автомобильных газов ПА и |
|
ПБА, согласно данным табл. 1.2. |
И |
|
|
||
7. |
Выводы по работе. |
|
Контрольные вопросы и задания
1.Чем отличаются высшая и низшая теплотворные способности топлив?
2.Что представляет собой процесс сгорания топлив?
3.Запишите конечные уравнения процесса сгорания углерода и водорода.
4.Запишите уравнения для определения низшей теплотворной способности бензина и газа, состоящего из 50% пропана и бутана.
5.Как определяется плотность упругих паров нефтепродукта, находящегося в газовом состоянии?
6.Поясните методику экспериментального определения теплоты сгорания то-
плив.
11