Химичните реакции са придружени от поглъщане или освобождаване на енергия, по-специално топлина. се наричат реакции, придружени от поглъщане на топлина, както и съединенията, образувани по време на този процес ендотермичен . При ендотермичните реакции нагряването на реагиращите вещества е необходимо не само за протичане на реакцията, но и през цялото време на тяхното протичане. Без външно нагряване ендотермичната реакция спира.
се наричат реакции, придружени от отделяне на топлина, както и съединенията, образувани по време на този процес екзотермичен . Всички реакции на горене са екзотермични. Поради отделянето на топлина, те, възникнали в една точка, могат да се разпространят върху цялата маса на реагиращите вещества.
Количеството топлина, отделено при пълно изгаряне на дадено вещество и свързано с един мол, единица маса (kg, g) или обем (m 3) на горимо вещество, се нарича топлина на изгаряне. Топлината на изгаряне може да се изчисли от таблични данни, като се използва законът на Хес. Руският химик Г.Г. През 1840 г. Хес открива закон, който е частен случай на закона за запазване на енергията. Законът на Хес е следният: топлинният ефект от химическата трансформация не зависи от пътя, по който протича реакцията, а зависи само от началното и крайното състояние на системата, при условие че температурата и налягането (или обемът) при началото и краят на реакцията са еднакви.
Нека разгледаме това, като използваме примера за изчисляване на топлината на изгаряне на метан. Метанът може да се получи от 1 мол въглерод и 2 мола водород. Когато метанът се изгаря, той произвежда 2 мола вода и 1 мол въглероден диоксид.
C + 2H 2 = CH 4 + 74.8 kJ (Q 1).
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + Q хоризонт.
Същите продукти се образуват при изгарянето на водород и въглерод. По време на тези реакции общото количество отделена топлина е 963,5 kJ.
2H 2 + O 2 = 2H 2 O + 570,6 kJ
C + O 2 = CO 2 + 392,9 kJ.
Тъй като първоначалният и крайният продукт са едни и същи и в двата случая, общите им топлинни ефекти трябва да бъдат равни според закона на Хес, т.е.
Q 1 + Q планини = Q,
Q планини = Q - Q 1. (1.11)
Следователно топлината на изгаряне на метана ще бъде равна на
Q планини = 963,5 - 74,8 = 888,7 kJ/mol.
По този начин топлината на изгаряне на химично съединение (или тяхната смес) е равна на разликата между сумата от топлините на образуване на продуктите от горенето и топлината на образуване на изгореното химично съединение (или вещества, които съставляват горимата смес ). Следователно, за да се определи топлината на изгаряне на химичните съединения, е необходимо да се знае топлината на тяхното образуване и топлината на образуване на продуктите, получени след изгарянето.
По-долу са топлините на образуване на някои химични съединения:
|
Алуминиев оксид Al 2 O 3 ……… |
Метан CH 4 ………………………… |
||
|
Железен оксид Fe 2 O 3 ………… |
Етан C 2 H 6 …………………… |
||
|
Въглероден окис CO…………. |
Ацетилен C 2 H 2 ……………… |
||
|
Въглероден диоксид CO2……… |
Бензен C 6 H 6 ………………… |
||
|
Вода H 2 O …………………………. |
Етилен C 2 H 4 ………………… |
||
|
Водна пара H 2 O …………… |
Толуен C 6 H 5 CH 3 ……………. |
Пример 1.5 .Определете температурата на горене на етан, ако топлината на неговото образуванеQ 1 = 88,4 kJ. Нека напишем уравнението на горене за етан.
C2H6 + 3.5О 2 = 2 CO 2 + 3 з 2 О + Qпланини.
За определянеQпланининеобходимо е да се знае топлината на образуване на продуктите от горенето. топлината на образуване на въглероден диоксид е 396,9 kJ, а тази на водата е 286,6 kJ. следователноQще бъдат равни
Q = 2 × 396,9 + 3 × 286,6 = 1653,6 kJ,
и топлината на изгаряне на етана
Qпланини= Q - Q 1 = 1653,6 - 88,4 = 1565,2 kJ.
Топлината на изгаряне се определя експериментално в бомбен калориметър и газов калориметър. Има по-висока и по-ниска калоричност. По-висока калоричност Q in е количеството топлина, отделено по време на пълното изгаряне на 1 kg или 1 m 3 горимо вещество, при условие че съдържащият се в него водород изгаря, за да образува течна вода. По-ниска калоричност Qn е количеството топлина, отделено при пълното изгаряне на 1 kg или 1 m 3 горимо вещество, при условие че водородът се изгаря до образуване на водна пара и влагата на горимото вещество се изпарява.
По-високата и по-ниската топлина на изгаряне на твърди и течни горими вещества могат да се определят с помощта на формулите на D.I. Менделеев:
където Q в, Q n - по-висока и по-ниска калоричност, kJ/kg; W – съдържание на въглерод, водород, кислород, горима сяра и влага в горимото вещество, %.
Пример 1.6. Определете най-ниската температура на горене на сярно гориво, състоящо се от 82,5% C, 10,65% H, 3,1%Си 0.5% О; A (пепел) = 0,25%,У = 3%. Използвайки уравнението на D.I. Менделеев (1.13), получаваме
=38622,7 kJ/kg
По-ниската калоричност на 1 m3 сухи газове може да се определи по уравнението
По-ниската калоричност на някои запалими газове и течности, получена експериментално, е дадена по-долу:
|
въглеводороди: метан……………………….. |
|||
|
етан …………………………… |
|||
|
пропан……………………… |
|||
|
метил…………………. |
|||
|
етил…………………… |
|||
|
пропил……………………… |
Долната калоричност на някои горими материали, изчислена от техния елементен състав, има следните стойности:
|
Бензин…………………… |
Синтетичен каучук |
||
|
Хартия …………………… |
Керосин……………… |
||
|
дърво |
Органично стъкло.. |
||
|
изсушаване на въздух……….. |
Каучук ……………….. |
||
|
в строителни конструкции... |
торф ( У = 20 %) ……. |
Има долна граница на калоричност, под която веществата стават неспособни да се запалят във въздушната атмосфера.
Експериментите показват, че веществата са незапалими, ако не са експлозивни и ако долната им калоричност във въздуха не надвишава 2100 kJ/kg. Следователно топлината на изгаряне може да служи като приблизителна оценка на запалимостта на веществата. Все пак трябва да се отбележи, че запалимостта на твърдите вещества и материали до голяма степен зависи от тяхното състояние. Така лист хартия, който лесно се запалва от пламъка на кибрит, когато се постави върху гладката повърхност на метална плоча или бетонна стена, става трудно запалим. Следователно запалимостта на веществата също зависи от скоростта на отделяне на топлина от зоната на горене.
На практика по време на процеса на горене, особено при пожари, топлината на изгаряне, посочена в таблиците, не се освобождава напълно, тъй като горенето е придружено от недогаряне. Известно е, че петролните продукти, както и бензенът, толуенът, ацетиленът, т.е. богати на вещества
въглерод, изгарят при пожари с образуването на значително количество сажди. Саждите (въглеродът) могат да горят и да произвеждат топлина. Ако се образува по време на горене, тогава, следователно, горимото вещество отделя по-малко топлина от количеството, посочено в таблиците. За вещества, богати на въглерод, коефициентът на недогаряне че 0,8 - 0,9. Следователно при пожари при изгаряне на 1 kg каучук не могат да се отделят 33520 kJ, а само 33520´0,8 = 26816 kJ.
Размерът на пожара обикновено се характеризира с площта на пожара. Количеството топлина, отделена на единица площ на огъня за единица време, се нарича топлина от огъня Q стр
QП= Qнυ мч ,
Където υ м– масова скорост на изгаряне, kg/(m 2 ×s).
Специфичната топлина на пожар по време на вътрешни пожари характеризира топлинното натоварване на конструкциите на сградите и конструкциите и се използва за изчисляване на температурата на пожара.
1.6. Температура на горене
Топлината, отделена в зоната на горене, се възприема от продуктите на горенето, така че те се нагряват до висока температура. Температурата, до която се нагряват продуктите на горенето по време на процеса на горене, се нарича температура на горене . Има калориметрични, теоретични и реални температури на горене. Действителната температура на горене при условия на пожар се нарича температура на пожар.
Под калориметрична температура на горене се разбира температурата, до която се нагряват продуктите от пълното изгаряне при следните условия:
1) цялата топлина, отделена по време на горенето, се изразходва за нагряване на продуктите от горенето (загубата на топлина е нула);
2) началните температури на въздуха и запалимите вещества са 0 0 С;
3) количеството въздух е равно на теоретично необходимото (a = 1);
4) настъпва пълно изгаряне.
Калориметричната температура на горене зависи само от състава на горимото вещество и не зависи от неговото количество.
Теоретичната температура, за разлика от калориметричната температура, характеризира горенето, като се вземе предвид ендотермичният процес на дисоциация на продуктите от горенето при висока температура
2СО 2 2СО + О 2 - 566,5 kJ.
2H 2 O 2 H 2 + O 2 - 478,5 kJ.
На практика дисоциацията на продуктите от горенето трябва да се вземе предвид само при температури над 1700 0 C. По време на дифузионно изгаряне на вещества в условия на пожар, действителните температури на горене не достигат такива стойности, следователно, за оценка на условията на пожар, само калориметричният използва се температурата на горене и температурата на огъня. Има разлика между вътрешна и външна температура на пожара. Вътрешната температура на пожара е средната температура на дима в помещението, където възниква пожарът. Външна температура на пожар – температура на пламъка.
При изчисляване на калориметричната температура на горене и вътрешната температура на горене се приема, че долната топлина на изгаряне Qn на горимо вещество е равна на енергията qg, необходима за нагряване на продуктите на горенето от 0 0 C до калориметричната температура на горене
, - топлинен капацитет на компонентите на продуктите от горенето (топлинният капацитет на CO 2 се приема за смес от CO 2 и SO 2), kJ / (m 3 ? K).Всъщност не цялата топлина, отделена по време на горене в условия на пожар, се изразходва за нагряване на продуктите от горенето. По-голямата част от него се изразходва за отопление на конструкции, подготовка на запалими вещества за изгаряне, нагряване на излишния въздух и т.н. Следователно температурата на вътрешния пожар е значително по-ниска от калориметричната температура. Методът за изчисляване на температурата на горене предполага, че целият обем продукти на горенето се нагрява до една и съща температура. В действителност температурата в различните точки на горивния център не е еднаква. Най-високата температура е в областта на пространството, където протича реакцията на горене, т.е. в зоната на горене (пламък). Температурата е значително по-ниска на места, където има запалими пари и газове, отделяни от горящото вещество и продукти от горенето, смесени с излишния въздух.
За да се прецени естеството на температурните промени по време на пожар в зависимост от различните условия на горене, беше въведена концепцията за средна обемна температура на пожара, която се разбира като средната стойност на температурите, измерени с термометри в различни точки на вътрешния пожар. Тази температура се определя от опит.
Какво е гориво?
Това е един компонент или смес от вещества, които са способни на химични трансформации, свързани с отделянето на топлина. Различните видове гориво се различават по количественото съдържание на окислител, който се използва за освобождаване на топлинна енергия.
В широк смисъл горивото е енергиен носител, тоест потенциален вид потенциална енергия.
Класификация
Понастоящем видовете горива се разделят според агрегатното им състояние на течни, твърди и газообразни.
Естествените твърди материали включват камък, дърва за огрев и антрацит. Брикети, кокс, термоантрацит са видове изкуствено твърдо гориво.
Течностите включват вещества, съдържащи вещества от органичен произход. Основните им компоненти са: кислород, въглерод, азот, водород, сяра. Изкуствено течно гориво ще бъде разнообразие от смоли и мазут.
Газообразното гориво е смес от различни газове: етилен, метан, пропан, бутан. В допълнение към тях съставът съдържа въглероден диоксид и въглероден оксид, сероводород, азот, водна пара и кислород.
Индикатори за гориво
Основният индикатор за изгаряне. Формулата за определяне на калоричността се разглежда в термохимията. отделят „стандартно гориво“, което предполага калоричността на 1 килограм антрацит.
Битовото отоплително масло е предназначено за изгаряне в отоплителни уреди с ниска мощност, които се намират в жилищни помещения, топлинни генератори, използвани в селското стопанство за сушене на фураж, консервиране.
Специфичната топлина на изгаряне на гориво е стойност, която показва количеството топлина, което се генерира при пълното изгаряне на гориво с обем 1 m 3 или маса от един килограм.
За измерване на тази стойност се използват J/kg, J/m3, калории/m3. За определяне на топлината на изгаряне се използва калориметричният метод.
С увеличаване на специфичната топлина на изгаряне на горивото специфичният разход на гориво намалява, а ефективността остава непроменена.
Топлината на изгаряне на веществата е количеството енергия, отделено по време на окисляването на твърдо, течно или газообразно вещество.
Определя се от химичния състав, както и от агрегатното състояние на горимото вещество.
Характеристики на продуктите от горенето
По-високите и по-ниските калорични стойности са свързани със състоянието на агрегиране на водата в веществата, получени след изгаряне на гориво.
По-високата калоричност е количеството топлина, отделена при пълното изгаряне на дадено вещество. Тази стойност включва и топлината на кондензация на водна пара.
Най-ниската работна топлина на изгаряне е стойността, която съответства на отделянето на топлина по време на горене, без да се отчита топлината на кондензация на водни пари.
Скритата топлина на кондензация е количеството енергия на кондензация на водна пара.
Математическа връзка
По-високите и по-ниските калорични стойности са свързани със следната зависимост:
Q B = Q H + k(W + 9H)
където W е тегловното количество (в %) вода в запалимо вещество;
H е количеството водород (% от масата) в горимото вещество;
k - коефициент, равен на 6 kcal/kg
Методи за изчисления
По-високите и по-ниските калорични стойности се определят по два основни метода: изчислителен и експериментален.
Калориметрите се използват за извършване на експериментални изчисления. Първо в него се изгаря проба гориво. Топлината, която ще се отдели, се абсорбира напълно от водата. Имайки представа за масата на водата, можете да определите чрез промяната в нейната температура стойността на нейната топлина на изгаряне.
Тази техника се счита за проста и ефективна; тя изисква само познаване на данните от техническия анализ.
При изчислителния метод по-високата и по-ниската калоричност се изчисляват по формулата на Менделеев.
Q p H = 339C p +1030H p -109(O p -S p) - 25 W p (kJ/kg)
Отчита съдържанието на въглерод, кислород, водород, водни пари, сяра в работния състав (в проценти). Количеството топлина по време на горенето се определя, като се вземе предвид еквивалентното гориво.
Топлината на изгаряне на газ позволява да се извършат предварителни изчисления и да се определи ефективността на използването на определен вид гориво.
Характеристики на произход
За да разберете колко топлина се отделя при изгарянето на определено гориво, е необходимо да имате представа за неговия произход.
В природата съществуват различни видове твърди горива, които се различават по състав и свойства.
Образуването му протича на няколко етапа. Първо се образува торф, след това се получават кафяви и твърди въглища, след което се образува антрацит. Основните източници на образуване на твърдо гориво са листа, дървесина и борови иглички. Когато части от растенията умират и са изложени на въздух, те се унищожават от гъбичките и образуват торф. Натрупването му се превръща в кафява маса, след което се получава кафяв газ.
При високо налягане и температура брауновият газ се превръща във въглища, след което горивото се натрупва под формата на антрацит.
В допълнение към органичните вещества, горивото съдържа допълнителен баласт. За органична се счита тази част, която се образува от органични вещества: водород, въглерод, азот, кислород. В допълнение към тези химични елементи, той съдържа баласт: влага, пепел.
Технологията на изгаряне включва разделяне на работната, сухата и горимата маса на изгореното гориво. Работната маса е горивото в оригиналната му форма, доставено на потребителя. Сухата маса е състав, в който няма вода.
Съединение
Най-ценните компоненти са въглеродът и водородът.
Тези елементи се съдържат във всеки вид гориво. В торфа и дървесината процентът на въглерод достига 58 процента, в каменните и кафявите въглища - 80%, а в антрацита достига 95 процента от теглото. В зависимост от този показател се променя количеството топлина, отделена по време на изгарянето на горивото. Водородът е вторият най-важен елемент от всяко гориво. Когато се свързва с кислорода, образува влага, което значително намалява топлинната стойност на всяко гориво.
Процентът му варира от 3,8 в нефтените шисти до 11 в мазута. Кислородът, съдържащ се в горивото, действа като баласт.
Той не е топлогенериращ химичен елемент, поради което влияе отрицателно върху стойността на топлината му на изгаряне. Изгарянето на азот, съдържащ се в свободна или свързана форма в продуктите на горенето, се счита за вредни примеси, поради което количеството му е ясно ограничено.
Сярата се включва в горивото под формата на сулфати, сулфиди, а също и като газове от серен диоксид. Когато се хидратират, серните оксиди образуват сярна киселина, която разрушава котелното оборудване и влияе отрицателно върху растителността и живите организми.
Ето защо сярата е химичен елемент, чието присъствие в природните горива е изключително нежелателно. Ако серните съединения попаднат в работната зона, те причиняват значително отравяне на оперативния персонал.
Съществуват три вида пепел в зависимост от произхода й:
- първичен;
- втори;
- третичен
Първичният вид се образува от минерални вещества, съдържащи се в растенията. Вторичната пепел се образува в резултат на навлизането на растителни остатъци в пясъка и почвата по време на образуването.
Третичната пепел се появява в състава на горивото по време на добив, съхранение и транспортиране. При значително отлагане на пепел се получава намаляване на топлопредаването върху нагревателната повърхност на котелния агрегат, намалявайки количеството топлопредаване към водата от газовете. Огромно количество пепел влияе негативно на работата на котела.
Накрая
Летливите вещества оказват значително влияние върху процеса на изгаряне на всеки вид гориво. Колкото по-голяма е тяхната мощност, толкова по-голям ще бъде обемът на фронта на пламъка. Например, въглища и торф се запалват лесно, процесът е придружен от незначителни топлинни загуби. Коксът, който остава след отстраняване на летливи примеси, съдържа само минерални и въглеродни съединения. В зависимост от характеристиките на горивото количеството топлина се променя значително.
В зависимост от химичния състав има три етапа на образуване на твърдо гориво: торф, лигнит и въглища.
Естественото дърво се използва в малки котелни инсталации. Те използват предимно дървени стърготини, стърготини, плочи, кора, а самите дърва за огрев се използват в малки количества. В зависимост от вида на дървесината количеството генерирана топлина варира значително.
Тъй като топлината на изгаряне намалява, дървата за огрев придобиват определени предимства: бърза запалимост, минимално съдържание на пепел и липса на следи от сяра.
Надеждната информация за състава на естествено или синтетично гориво, неговата калоричност е отличен начин за извършване на термохимични изчисления.
Понастоящем има реална възможност да се идентифицират онези основни варианти за твърди, газообразни, течни горива, които ще бъдат най-ефективни и евтини за използване в определена ситуация.
Таблиците представят масовата специфична топлина на изгаряне на гориво (течно, твърдо и газообразно) и някои други горими материали. Разгледани са следните горива: въглища, дърва за огрев, кокс, торф, керосин, масло, алкохол, бензин, природен газ и др.
Списък с маси:
По време на екзотермичната реакция на окисляване на горивото неговата химическа енергия се превръща в топлинна енергия с отделяне на определено количество топлина. Получената топлинна енергия обикновено се нарича топлина на изгаряне на горивото. Тя зависи от нейния химичен състав, влажност и е основната. Топлината на изгаряне на горивото на 1 kg маса или 1 m 3 обем образува масовата или обемна специфична топлина на изгаряне.
Специфичната топлина на изгаряне на горивото е количеството топлина, отделена при пълното изгаряне на единица маса или обем твърдо, течно или газообразно гориво. В Международната система от единици тази стойност се измерва в J/kg или J/m 3.
Специфичната топлина на изгаряне на горивото може да се определи експериментално или да се изчисли аналитично.Експерименталните методи за определяне на калоричността се основават на практическо измерване на количеството топлина, отделена при изгаряне на гориво, например в калориметър с термостат и горивна бомба. За гориво с известен химичен състав специфичната топлина на изгаряне може да се определи с помощта на периодичната формула.
Има по-висока и по-ниска специфична топлина на изгаряне.По-високата калоричност е равна на максималното количество топлина, отделена при пълното изгаряне на горивото, като се вземе предвид топлината, изразходвана за изпаряване на влагата, съдържаща се в горивото. Най-ниската топлина на изгаряне е по-малка от най-високата стойност с количеството топлина на кондензация, която се образува от влагата на горивото и водорода на органичната маса, която се превръща във вода по време на горенето.
За определяне на показателите за качество на горивото, както и при термични изчисления обикновено използват най-ниската специфична топлина на изгаряне, което е най-важната топлинна и производителна характеристика на горивото и е показано в таблиците по-долу.
Специфична топлина на изгаряне на твърди горива (въглища, дърва за огрев, торф, кокс)
В таблицата са представени стойностите на специфичната топлина на изгаряне на сухо твърдо гориво в измерение MJ/kg. Горивото в таблицата е подредено поименно по азбучен ред.
От разглежданите твърди горива най-висока калоричност имат коксуващите въглища - тяхната специфична топлина на изгаряне е 36,3 MJ/kg (или в единици SI 36,3·10 6 J/kg). В допълнение, високата калоричност е характерна за въглища, антрацит, дървени въглища и кафяви въглища.
Горивата с ниска енергийна ефективност включват дърва, дърва за огрев, барут, торф за смилане и нефтени шисти. Така например специфичната топлина на изгаряне на дървата за огрев е 8,4...12,5, а на барута е само 3,8 MJ/kg.
| гориво | |
|---|---|
| Антрацит | 26,8…34,8 |
| Дървесни пелети (пелети) | 18,5 |
| Сухи дърва за огрев | 8,4…11 |
| Сухи брезови дърва за огрев | 12,5 |
| Газов кокс | 26,9 |
| Взривен кокс | 30,4 |
| Полукокс | 27,3 |
| Прах | 3,8 |
| шисти | 4,6…9 |
| Маслени шисти | 5,9…15 |
| Твърдо ракетно гориво | 4,2…10,5 |
| Торф | 16,3 |
| Влакнест торф | 21,8 |
| Смлян торф | 8,1…10,5 |
| Торфена троха | 10,8 |
| Кафяви въглища | 13…25 |
| Кафяви въглища (брикети) | 20,2 |
| Кафяви въглища (прах) | 25 |
| Донецки въглища | 19,7…24 |
| дървени въглища | 31,5…34,4 |
| Въглища | 27 |
| Коксуващи се въглища | 36,3 |
| Кузнецки въглища | 22,8…25,1 |
| Челябински въглища | 12,8 |
| Екибастузски въглища | 16,7 |
| Freztorf | 8,1 |
| Шлак | 27,5 |
Специфична топлина на изгаряне на течно гориво (алкохол, бензин, керосин, масло)
Дадена е таблица за специфичната топлина на изгаряне на течно гориво и някои други органични течности. Трябва да се отбележи, че горивата като бензин, дизелово гориво и масло имат високо отделяне на топлина по време на изгаряне.
Специфичната топлина на изгаряне на алкохол и ацетон е значително по-ниска от традиционните моторни горива. В допълнение, течното ракетно гориво има относително ниска калоричност и при пълно изгаряне на 1 kg от тези въглеводороди ще се отдели количество топлина, равно съответно на 9,2 и 13,3 MJ.
| гориво | Специфична топлина на изгаряне, MJ/kg |
|---|---|
| ацетон | 31,4 |
| Бензин А-72 (ГОСТ 2084-67) | 44,2 |
| Авиационен бензин B-70 (GOST 1012-72) | 44,1 |
| Бензин AI-93 (GOST 2084-67) | 43,6 |
| Бензол | 40,6 |
| Зимно дизелово гориво (GOST 305-73) | 43,6 |
| Лятно дизелово гориво (GOST 305-73) | 43,4 |
| Течно ракетно гориво (керосин + течен кислород) | 9,2 |
| Авиационен керосин | 42,9 |
| Керосин за осветление (ГОСТ 4753-68) | 43,7 |
| Ксилол | 43,2 |
| Мазут с високо съдържание на сяра | 39 |
| Мазут с ниско съдържание на сяра | 40,5 |
| Мазут с ниско съдържание на сяра | 41,7 |
| Мазут със сяра | 39,6 |
| Метилов алкохол (метанол) | 21,1 |
| n-Бутилов алкохол | 36,8 |
| Масло | 43,5…46 |
| Метаново масло | 21,5 |
| Толуен | 40,9 |
| Уайт спирт (GOST 313452) | 44 |
| Етиленов гликол | 13,3 |
| Етилов алкохол (етанол) | 30,6 |
Специфична топлина на изгаряне на газообразни горива и горими газове
Представена е таблица на специфичната топлина на изгаряне на газообразно гориво и някои други горими газове в размерност MJ/kg. От разглежданите газове той има най-високата специфична топлина на изгаряне. Пълното изгаряне на един килограм от този газ ще освободи 119,83 MJ топлина. Също така гориво като природния газ има висока калоричност - специфичната топлина на изгаряне на природния газ е 41...49 MJ/kg (за чист газ е 50 MJ/kg).
| гориво | Специфична топлина на изгаряне, MJ/kg |
|---|---|
| 1-Бутен | 45,3 |
| Амоняк | 18,6 |
| ацетилен | 48,3 |
| Водород | 119,83 |
| Водород, смес с метан (50% H 2 и 50% CH 4 тегловни) | 85 |
| Водород, смес с метан и въглероден окис (33-33-33% от теглото) | 60 |
| Водород, смес с въглероден окис (50% H 2 50% CO 2 тегловни) | 65 |
| Доменен газ | 3 |
| Коксов газ | 38,5 |
| Втечнен въглеводороден газ LPG (пропан-бутан) | 43,8 |
| Изобутан | 45,6 |
| Метан | 50 |
| n-бутан | 45,7 |
| n-хексан | 45,1 |
| n-пентан | 45,4 |
| Свързан газ | 40,6…43 |
| Природен газ | 41…49 |
| Пропадиен | 46,3 |
| Пропан | 46,3 |
| Пропилен | 45,8 |
| Пропилен, смес с водород и въглероден окис (90%-9%-1% тегловни) | 52 |
| Етан | 47,5 |
| Етилен | 47,2 |
Специфична топлина на изгаряне на някои горими материали
Предоставена е таблица за специфичната топлина на изгаряне на някои горими материали (дърво, хартия, пластмаса, слама, гума и др.). Трябва да се отбележат материали с високо отделяне на топлина при горене. Такива материали включват: каучук от различни видове, експандиран полистирол (пяна), полипропилен и полиетилен.
| гориво | Специфична топлина на изгаряне, MJ/kg |
|---|---|
| Хартия | 17,6 |
| изкуствена кожа | 21,5 |
| Дърво (пръчки с 14% съдържание на влага) | 13,8 |
| Дърва на купчини | 16,6 |
| Дъбово дърво | 19,9 |
| Смърчово дърво | 20,3 |
| Дървесно зелено | 6,3 |
| Борово дърво | 20,9 |
| Капрон | 31,1 |
| Карболитни продукти | 26,9 |
| Картон | 16,5 |
| Стирен бутадиен каучук SKS-30AR | 43,9 |
| Естествен каучук | 44,8 |
| Синтетичен каучук | 40,2 |
| Гумени SKS | 43,9 |
| Хлоропренов каучук | 28 |
| Линолеум от поливинилхлорид | 14,3 |
| Двуслоен линолеум от поливинилхлорид | 17,9 |
| Линолеум от поливинилхлорид на филцова основа | 16,6 |
| Линолеум от поливинилхлорид на топла основа | 17,6 |
| Линолеум от поливинилхлорид на тъканна основа | 20,3 |
| Гумен линолеум (Relin) | 27,2 |
| Парафин парафин | 11,2 |
| Пенополистирол PVC-1 | 19,5 |
| Пенопласт FS-7 | 24,4 |
| Пенопласт FF | 31,4 |
| Експандиран полистирол PSB-S | 41,6 |
| Полиуретанова пяна | 24,3 |
| Фазер | 20,9 |
| Поливинилхлорид (PVC) | 20,7 |
| Поликарбонат | 31 |
| Полипропилен | 45,7 |
| Полистирен | 39 |
| Полиетилен високо налягане | 47 |
| Полиетилен ниско налягане | 46,7 |
| Каучук | 33,5 |
| рубероид | 29,5 |
| Канал сажди | 28,3 |
| Сено | 16,7 |
| Слама | 17 |
| Органично стъкло (плексиглас) | 27,7 |
| Текстолит | 20,9 |
| Тол | 16 |
| TNT | 15 |
| Памук | 17,5 |
| Целулоза | 16,4 |
| Вълна и вълнени влакна | 23,1 |
източници:
- ГОСТ 147-2013 Твърдо минерално гориво. Определяне на по-висока калоричност и изчисляване на по-ниска калоричност.
- ГОСТ 21261-91 Нефтопродукти. Метод за определяне на високата калоричност и изчисляване на долната калоричност.
- ГОСТ 22667-82 Природни запалими газове. Изчислителен метод за определяне на калоричността, относителната плътност и числото на Вобе.
- ГОСТ 31369-2008 Природен газ. Изчисляване на калоричност, плътност, относителна плътност и число на Wobbe въз основа на компонентния състав.
- Zemsky G. T. Запалими свойства на неорганични и органични материали: справочник М.: VNIIPO, 2016 - 970 p.
Под калоричност се разбира топлината на пълното изгаряне на единица маса на веществото. Той взема предвид топлинните загуби, свързани с дисоциацията на продуктите от горенето и непълнотата на химическите реакции на горене. Калоричността е максималната възможна топлина на изгаряне на единица маса на веществото.
Определете калоричността на елементите, техните съединения и горивни смеси. За елементите тя е числено равна на топлината на образуване на продукта от горенето. Калоричността на смесите е добавъчна величина и може да бъде намерена, ако е известна калоричността на компонентите на сместа.
Изгарянето възниква не само поради образуването на оксиди, следователно в широк смисъл можем да говорим за калоричността на елементите и техните съединения не само в кислорода, но и при взаимодействие с флуор, хлор, азот, бор, въглерод, силиций, сяра и фосфор.
Калоричността е важна характеристика. Тя ви позволява да оцените и сравните с други максимално възможното отделяне на топлина от определена редокс реакция и да определите във връзка с нея пълнотата на действителните процеси на горене. Познаването на калоричността е необходимо при избора на горивни компоненти и смеси за различни цели и при оценка на тяхната пълнота на изгаряне.
Има по-високи знавътре и надолу з n калоричност. По-високата калоричност, за разлика от по-ниската калоричност, включва топлината на фазовите трансформации (кондензация, втвърдяване) на продуктите от горенето при охлаждане до стайна температура. Така най-високата калоричност е топлината на пълно изгаряне на веществото, когато агрегатното състояние на продуктите от горенето се разглежда при стайна температура, а най-ниската калоричност е при температурата на горене. По-високата калоричност се определя чрез изгаряне на веществото в калориметрична бомба или чрез изчисление. Включва по-специално топлината, отделена при кондензацията на водна пара, която при 298 К е равна на 44 kJ/mol. По-ниската калоричност се изчислява, без да се взема предвид топлината на кондензация на водна пара, например, като се използва формулата
Където % H е процентното съдържание на водород в горивото.
Ако стойностите на калоричността показват физическото състояние на продуктите от горенето (твърди, течни или газообразни), тогава индексите „най-висок“ и „най-нисък“ обикновено се пропускат.
Нека разгледаме калоричността на въглеводородите и елементите в кислорода за единица маса на първоначалното гориво. По-ниската калоричност се различава от най-високата за парафините средно с 3220-3350 kJ/kg, за олефините и нафтените - с 3140-3220 kJ/kg, за бензола - с 1590 kJ/kg. При експериментално определяне на калоричността трябва да се има предвид, че в калориметричната бомба веществото гори при постоянен обем, а в реални условия често при постоянно налягане. Корекцията за разликата в условията на горене варира от 2,1 до 12,6 за твърдо гориво, около 33,5 за мазут, 46,1 kJ/kg за бензин и достига 210 kJ/m3 за газ. На практика тази корекция се въвежда само при определяне на калоричността на газа.
За парафините калорийната стойност намалява с увеличаване на точката на кипене и увеличаване на съотношението C/H. За моноцикличните алициклични въглеводороди тази промяна е много по-малка. В серията бензен калоричността се увеличава при преминаване към по-високи хомолози поради страничната верига. Двуядрените ароматни въглеводороди имат по-ниска калоричност от серията бензен.
Само няколко елемента и техните съединения имат калоричност, която надвишава калоричността на въглеводородните горива. Тези елементи включват водород, бор, берилий, литий, техните съединения и няколко органоелементни съединения на бор и берилий. Калоричността на елементи като сяра, натрий, ниобий, цирконий, калций, ванадий, титан, фосфор, магнезий, силиций и алуминий е в диапазона 9210-32,240 kJ/kg. За останалите елементи от периодичната система калоричността не надвишава 8374 kJ/kg. Данните за горната калоричност на различните класове горива са дадени в табл. 1.18.
Таблица 1.18
Горна калоричност на различни горими вещества в кислород (на единица маса гориво)
|
вещество |
||
|
Въглероден окис |
||
|
изо-бутан |
||
|
n-додекан |
||
|
n-хексадекан |
||
|
ацетилен |
||
|
Циклопентан |
||
|
Циклохексан |
||
|
Етилбензен |
||
|
Берилий |
||
|
Алуминий |
||
|
Цирконий |
||
|
Берилиев хидрид |
||
|
Пснтаборан |
||
|
Метадиборан |
||
|
Етилдиборан |
||
За течни въглеводороди, метанол и етанол, стойностите на нагряване се основават на течното изходно състояние.
Калоричността на някои горива е изчислена на компютър. Тя е 24,75 kJ/kg за магнезия и 31,08 kJ/kg за алуминия (състоянието на оксидите е твърдо) и практически съвпада с данните от табл. 1.18. Най-високата калоричност на парафин C26H54, нафталин C10H8, антрацен C14H10 и метенамин C6H12N4 са съответно 47,00, 40,20, 39,80 и 29,80, а най-ниската калоричност е 43,70, 39,00, 38,40 и 28,00 kJ/ кг.
Като пример, по отношение на ракетните горива, представяме топлините на изгаряне на различни елементи в кислород и флуор за единица маса продукти на горенето. Топлините на изгаряне са изчислени за състоянието на продуктите на горене при температура 2700 K и са показани на фиг. 1.25 и в табл. 1.19.
Puc. 1.25. Топлина на изгаряне на елементи в кислород (1) и флуор(2), изчислено за килограм продукти от горенето
Както следва от представените данни, за получаване на максимална топлина на изгаряне, най-предпочитаните вещества са тези, съдържащи водород, литий и берилий, и на второ място, бор, магнезий, алуминий и силиций. Предимството на водорода поради ниското молекулно тегло на продуктите от горенето е очевидно. Трябва да се отбележи, че берилият има предимство поради високата си топлина на изгаряне.
Съществува възможност за образуване на смесени продукти на горене, по-специално газообразни оксифлуориди на елементи. Тъй като оксифлуоридите на тривалентните елементи обикновено са стабилни, повечето оксифлуориди не са ефективни като продукти на горене на ракетни горива поради високото им молекулно тегло. Топлината на изгаряне с образуването на COF2 (g) има междинна стойност между топлините на изгаряне на CO2 (g) и CF4 (g). Топлината на изгаряне с образуването на SO2F2 (g) е по-голяма, отколкото при образуването на SO2 (g) или SF6; (G.). Повечето ракетни горива обаче съдържат силно редуциращи елементи, които предотвратяват образуването на такива вещества.
Образуването на алуминиев оксифлуорид AlOF (g) отделя по-малко топлина от образуването на оксид или флуорид, така че не представлява интерес. Борният оксифлуорид BOF (g) и неговият тример (BOF)3 (g) са доста важни компоненти на продуктите от горенето на ракетните горива. Топлината на изгаряне за образуване на BOF (g) е междинна между топлините на изгаряне за образуване на оксид и флуорид, но оксифлуоридът е термично по-стабилен от всяко от тези съединения.
Таблица 1.19
Топлина на изгаряне на елементи (в MJ/kg), на единица маса продукти на горене ( Т = 2700 K)
|
оксифлуорид |
|||
|
Берилий |
|||
|
Кислород |
|||
|
Алуминий |
|||
|
Цирконий |
|||
При образуването на нитриди на берилий и бор се отделя доста голямо количество топлина, което им позволява да бъдат класифицирани като важни компоненти на продуктите от изгаряне на ракетно гориво.
В табл Таблица 1.20 показва най-високата калоричност на елементите, когато взаимодействат с различни реагенти, отнесени към единица маса продукти на горенето. Калоричността на елементите при взаимодействие с хлор, азот (с изключение на образуването на Be3N2 и BN), бор, въглерод, силиций, сяра и фосфор е значително по-малка от калоричността на елементите при взаимодействие с кислород и флуор. Голямото разнообразие от изисквания към горивните процеси и реагентите (по отношение на температурата, състава, състоянието на продуктите от горенето и др.) прави препоръчително използването на данните в табл. 1.20 в практическото разработване на горивни смеси за една или друга цел.
Таблица 1.20
По-висока калоричност на елементите (в MJ/kg) при взаимодействие с кислород, флуор, хлор, азот, на единица маса продукти на горене
- Вижте също: Joulin S., Clavin R. Op. цит.
5. Категории сгради по взриво- и пожароопасност
5.1. Сградата принадлежи към категория А, ако общата площ на помещенията от категория А в нея надвишава 5% от площта на всички помещения или 200 m 2.
Разрешено е да не се класифицира сграда като категория А, ако общата площ на помещенията от категория А в сградата не надвишава 25% от общата площ на всички помещения, разположени в нея (но не повече от 1000 m2), и тези помещения са оборудвани с автоматични пожарогасителни инсталации.
5.2. Една сграда принадлежи към категория Б, ако са изпълнени едновременно две условия:
а) сградата не принадлежи към категория А;
б) общата площ на помещенията от категории А и Б надвишава 5% от общата площ на всички помещения или 200 m2.
Разрешено е да не се класифицира сграда като категория B, ако общата площ на помещенията от категории A и B в сградата не надвишава 25% от общата площ на всички помещения, разположени в нея (но не повече от 1000 m2), като тези помещения са оборудвани с автоматични пожарогасителни инсталации.
б) общата площ на помещенията от категории A, B и B1-B3 надвишава 5% (10%, ако сградата няма помещения от категории A и B) от общата площ на всички помещения.
Разрешено е да не се класифицира сграда в категории B1-B3, ако общата площ на помещенията от категории A, B и B1-C3 в сградата не надвишава 25% от общата площ на всички помещения, разположени в нея (но не повече от 3500 m2), като тези помещения са оборудвани с автоматична пожарогасителна система.
5.4. Една сграда принадлежи към категория G, ако са изпълнени едновременно две условия:
б) общата площ на помещенията от категории A, B, B1-B3 и D надвишава 5% от общата площ на всички помещения.
Разрешено е да не се класифицира сграда като категория D, ако общата площ на помещенията от категории A, B, B1-C3 и D в сградата не надвишава 25% от общата площ на всички разположени помещения в него (но не повече от 5000 m2), а помещенията от категории A, B и B1-B3 са оборудвани с автоматични пожарогасителни инсталации.
5.5. Една сграда принадлежи към категория B4, ако не принадлежи към категории A, B, B1-B3 или D.
5.6. Една сграда принадлежи към категория D, ако не принадлежи към категории A, B, B1-B4, D.
Приложение 1
Изходни данни за изчисляване на специфичното временно пожарно натоварване на помещенията
маса 1
По-ниска калоричност и плътност на THM, запалима течност и газова течност,
циркулиращи в помещенията на съоръженията на железопътния транспорт
|
Наименование на веществата и материалите |
Долна калоричност, MJ kg -1 |
Плътност, |
|
Течни запалими вещества и материали |
||
|
4. Бутилов алкохол |
||
|
5. Дизелово гориво |
||
|
6. Керосин |
||
|
8. Изолационен импрегниращ лак (BT-99, FL-98) (съдържание на летливи вещества - 48%) |
||
|
10. Индустриално масло |
||
|
11. Трансформаторно масло |
||
|
12. Турбинно масло |
||
|
13. Метилов алкохол |
||
|
15. Соларно масло |
||
|
16. Толуол |
||
|
17. Уайт спирт |
||
|
18. Емайл PF-115 (съдържание на летливи вещества - 34%) |
||
|
19. Етилов алкохол |
||
|
20. Лепило (каучук) |
||
|
Твърди запалими вещества и материали |
||
|
21. Хартията се разхлаби |
||
|
22. Хартия (книги, списания) |
||
|
23. Винилова кожа |
||
|
24. Щапелни влакна |
||
|
25. Строителен филц |
||
|
26. Борово дърво ( У p = 20%) |
||
|
27. Фазер (фазер) |
||
|
28. ПДЧ (ПДЧ) |
||
|
30. Карболитни продукти |
||
|
31. Естествен каучук |
||
|
32. Синтетичен каучук |
||
|
33. Кабел (захранване, осветление, управление, автоматизация) |
||
|
34. Сив картон |
||
|
35. Триацетатно фолио |
||
|
36. PVC линолеум |
||
|
37. Лен разхлабен |
||
|
38. Mipora (пореста гума) |
||
|
39. Органично стъкло |
||
|
40. Изтриващ материал |
||
|
41. Дърводелска плоча |
||
|
42. Полиуретанова пяна |
||
|
43. Плочи от пенополистирол |
||
|
44. Гума |
||
|
45. Фибростъкло |
||
|
46. Памучен плат (насипно) |
||
|
47. Вълнени платове (насипно) |
||
|
48. Шперплат |
||
|
49. Каучукова и поливинилхлоридна изолация на проводници |
||