источник ЗАЖИГАНИЯ

Газообразное

Рис. 1.5. Схема процесса горения веществ

1.5. Теплота горения

В nроцессе горения горючих веществ выделяется теnловая энергия.

Количество теплоты, выделяющейся при сгорании единицы массы ве­

щества или единицы обьема горючего вещества с образованием продук­ тов полного горения, называется теплотой горения и обозначается Qrop·

Теnлоту сгорания можно вычислить, исnользуя закон Гесса. Рус-

ский химик Г. Г. Гесс в 1 840 г. открыл закон, который является част­

ным случаем закона сохранения энергии.

Закон Гесса формулируется следующим образом.

Тепловой эффект химического превращения не зависит от пути, по

которому протекает реакция, а зависит лишь от начального и конечно­

го состояния системы при условии, что температура и давление (или

обьем) в начале и конце реакции одинаковы.

Использование закона Гесса для расчета теплоты горения горю­

чих веществ поясним на следующем примере.

Пример. В результате сгорВОДЫания простых веществ: водорода и угле­

рода, - образуются 2 моля Н20 и 1 моль диоксида углерода со2.

Общее количество теплоты, выделившейся при этих реакциях, равно

230,5 ккал ( 1 . 19). Необходимо определить теплоту горения Qrop·

Решение

Напишем уравнение горения водорода и углерода:

230,5 ккал (Q)

Полученные в результате горения продукты сгорания - углекис­ лый газ (С02) и вода (Н20) можно получить и другим путем. Напри­

мер, водород и углерод, взятые в том же количестве, реагируют, обра­ зуя метан. При этой реакции выделяется теплота Q1 = 1 7,9 ккал ( 1 .20).

При последующем сжигании метана получаются 2 моль Н20 и 1 моль СО2, при этом выделяется теплота горения (Qrop = 2 1 2,6 ккал).

С + 2Н2 = СН4 + 1 7,9 ккал (QI);

( 1 .20)

Используем закон Гесса: поскольку начальные продукты (водо­ род, углерод и кислород) и конечные продукты (вода и углекислый газ) в обеих реакциях одинаковы ( 1 . 1 9) и ( 1 .20), их общие тепловые эффекты должны быть равными.

Действительно, общий тепловой эффект реакций Q ( 1 . 1 9) состав­

ляет 230,5 ккал, и в случае реакций ( 1 .20) - ( 1 7,9 + 2 1 2,6) = 230,5.

Следовательно:

отсюда

Qrop = Q-QI.

Проверим правильиость уравнения:

Qrop = 230,5 - 1 7,9 = 2 1 2,6 ккал.

Таким образом, теплота горения химического соединения или смеси веществ (Qrop) равна разности между суммой теплот образова-

ния продуктов сгорания (Q) и теплотой образования сгоревшего хи­

мического вещества (Q1).

Теплота горения горючих веществ подразделяется на высшую те­ плоту горения Q8 и низшую теплоту горения Qн.

Высшей теплотой сгорания Q8 называется количество теплоты,

выделяющейся при полном сгорании единицы горючего вещества при усло­

вии, что образующиеся в продуктах горения пары конденсируются с об­

разованием жидкой воды.

Низшей теплотой горения Q" горючего вещества называется коли­ чества теплоты, которая выделяется при полном сгорании единицы го­

рючего вещества и условии, что влага, содержащаяся в продуктах горе­

ния, находится в парообразном состоянии.

Для индивидуального вещества Qн - величина постоянная и на­ ходится по справочной литературе, а для сложных многокомпонент­ ных горючих смесей зависит от их состава и может быть рассчитана по формуле Д. И. Менделеева.

Низшая теплота горения отличается от высшей на величину теп­ лоты, расходуемой на испарение влаги, имеющейся в продуктах сго­ рания. Кроме того, количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании единицы массы горючего вещества, зависит от того, в каком агрегатном состоянии (парообразном или жидком) находится влага в продуктах сгорания.

Соотношение между низшей и высшей теплотами горения можно записать в следующем виде:

( 1 .2 1 )

где масса влаги, содержащейся в 1 кг горючего вещества (W), и влаги, образующейся в результате горения водорода при постоянном давле­ нии (Н), равна:

( 1 .22)

Л.п - теплота парообразования, условно принимается равной

2,5 1 МДжjкг.

Низшую теплоту горения сложной горючей смеси рассчитывают по следующей формуле, используя справочные данные стандартных

28 Раздел 1. Горен ие

О - сумма кислорода и азота, % масс.

Низшую теплоту горения как индивидуального химического со­ единения, так и смеси простых горючих веществ можно рассчитать используя закон Гесса.

Расчет теплоты горения газовоздушных смесей nроводят по фор­ муле

кДж/кмоль;

Q11 - низшая теплота горения горючего вещества, кДжjм3,

кДжjкмоль;

<l'г - концентрация горючего в смеси с окислителем, % об.

Удельная скорость (интенсивность) тепловыделения при горении