Zat asal organik termasuk bahan bakar, yang, ketika dibakar, melepaskan sejumlah energi panas. Generasi panas harus ditandai dengan efisiensi tinggi dan tidak adanya efek samping, khususnya zat yang berbahaya bagi kesehatan manusia dan lingkungan.
Untuk memudahkan pemuatan ke dalam tungku, bahan kayu dipotong menjadi elemen-elemen individu hingga panjang 30 cm. Untuk meningkatkan efisiensi penggunaannya, kayu bakar harus sekering mungkin, dan proses pembakaran harus relatif lambat. Dalam banyak hal, kayu bakar dari kayu keras seperti ek dan birch, hazel dan abu, hawthorn cocok untuk pemanas ruangan. Karena kandungan resin yang tinggi, peningkatan laju pembakaran dan nilai kalor yang rendah, tumbuhan runjung secara signifikan lebih rendah dalam hal ini.
Perlu dipahami bahwa berat jenis kayu mempengaruhi nilai nilai kalor.
Ini adalah bahan alami yang berasal dari tumbuhan, diekstraksi dari batuan sedimen.
Jenis bahan bakar padat ini mengandung karbon dan unsur kimia lainnya. Ada pembagian bahan ke dalam jenis tergantung pada usianya. Batubara coklat dianggap yang termuda, diikuti oleh batubara keras, dan antrasit adalah yang tertua dari semua jenis lainnya. Umur bahan yang mudah terbakar juga menentukan kadar airnya, yang lebih banyak terdapat pada bahan yang masih muda.
Dalam proses pembakaran batubara, lingkungan tercemar, dan terak terbentuk di perapian boiler, yang, sampai batas tertentu, menciptakan hambatan untuk pembakaran normal. Kehadiran belerang dalam bahan juga merupakan faktor yang tidak menguntungkan bagi atmosfer, karena unsur ini diubah menjadi asam sulfat di ruang udara.
Namun, konsumen tidak perlu takut akan kesehatannya. Produsen bahan ini, menjaga pelanggan pribadi, berusaha untuk mengurangi kandungan belerang di dalamnya. Nilai kalori batubara dapat berbeda bahkan dalam jenis yang sama. Perbedaannya tergantung pada karakteristik subspesies dan kandungan mineral di dalamnya, serta geografi produksi. Sebagai bahan bakar padat, tidak hanya batubara murni yang ditemukan, tetapi juga terak batubara yang diperkaya rendah yang ditekan menjadi briket.
Pelet (fuel pellets) adalah bahan bakar padat yang dibuat secara industri dari limbah kayu dan tumbuhan: serutan, kulit kayu, karton, jerami.
Bahan mentah yang dihancurkan menjadi debu dikeringkan dan dituangkan ke dalam granulator, dari mana ia sudah keluar dalam bentuk butiran dengan bentuk tertentu. Untuk menambah viskositas massa, polimer nabati, lignin, digunakan. Kompleksitas proses produksi dan permintaan yang tinggi membentuk biaya pelet. Bahan ini digunakan dalam boiler yang dilengkapi secara khusus.
Jenis bahan bakar ditentukan tergantung dari bahan apa mereka diproses:
- kayu bulat dari pohon dari spesies apa pun;
- Sedotan;
- gambut;
- kulit bunga matahari.
Di antara kelebihan yang dimiliki pelet bahan bakar, perlu diperhatikan kualitas-kualitas berikut:
- keramahan lingkungan;
- ketidakmampuan untuk berubah bentuk dan ketahanan terhadap jamur;
- kemudahan penyimpanan bahkan di luar ruangan;
- keseragaman dan durasi pembakaran;
- biaya yang relatif rendah;
- kemungkinan penggunaan untuk berbagai perangkat pemanas;
- ukuran pelet yang sesuai untuk pemuatan otomatis ke dalam boiler yang dilengkapi secara khusus.
Briket
Briket disebut bahan bakar padat, dalam banyak hal mirip dengan pelet. Untuk pembuatannya, bahan yang identik digunakan: serpihan kayu, serutan, gambut, sekam dan jerami. Selama proses produksi, bahan baku dihancurkan dan dibentuk menjadi briket dengan kompresi. Bahan ini juga termasuk bahan bakar yang ramah lingkungan. Lebih mudah untuk menyimpannya bahkan di luar ruangan. Pembakaran bahan bakar ini yang halus, seragam dan lambat dapat diamati baik di perapian dan kompor, dan di boiler pemanas.
Varietas bahan bakar padat ramah lingkungan yang dibahas di atas adalah alternatif yang baik untuk menghasilkan panas. Dibandingkan dengan sumber energi panas fosil, yang berdampak buruk pada lingkungan selama pembakaran dan, terlebih lagi, tidak terbarukan, bahan bakar alternatif memiliki keunggulan yang jelas dan biaya yang relatif rendah, yang penting untuk kategori konsumen tertentu.
Pada saat yang sama, bahaya kebakaran bahan bakar tersebut jauh lebih tinggi. Oleh karena itu, beberapa tindakan pencegahan harus diambil mengenai penyimpanan dan penggunaan bahan dinding tahan api.
Bahan bakar cair dan gas
Adapun zat yang mudah terbakar cair dan gas, situasinya adalah sebagai berikut.
Panas pembakaran ditentukan oleh komposisi kimia dari zat yang mudah terbakar. Unsur-unsur kimia yang terkandung dalam zat yang mudah terbakar ditandai dengan simbol yang diterima Dengan , H , HAI , N , S, dan abu dan air adalah simbol TETAPI dan W masing-masing.
YouTube ensiklopedis
-
1 / 5
Panas pembakaran dapat dikaitkan dengan massa kerja bahan yang mudah terbakar Q P (\gaya tampilan Q^(P)), yaitu, zat yang mudah terbakar dalam bentuk di mana ia memasuki konsumen; untuk bahan kering Q C (\gaya tampilan Q^(C)); dengan massa materi yang mudah terbakar Q (\displaystyle Q^(\Gamma )), yaitu, zat yang mudah terbakar yang tidak mengandung uap air dan abu.
Bedakan lebih tinggi ( Q B (\gaya tampilan Q_(B))) dan lebih rendah ( Q H (\gaya tampilan Q_(H))) panas pembakaran.
Di bawah nilai kalori yang lebih tinggi memahami jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna suatu zat, termasuk panas kondensasi uap air selama pendinginan produk pembakaran.
Nilai kalori bersih sesuai dengan jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna, tanpa memperhitungkan panas kondensasi uap air. Panas kondensasi uap air disebut juga Panas laten penguapan (kondensasi).
Nilai kalor yang lebih rendah dan lebih tinggi terkait dengan rasio: Q B = Q H + k (W + 9 H) (\displaystyle Q_(B)=Q_(H)+k(W+9H)),
di mana k adalah koefisien yang sama dengan 25 kJ/kg (6 kkal/kg); W - jumlah air dalam zat yang mudah terbakar,% (berdasarkan berat); H adalah jumlah hidrogen dalam zat yang mudah terbakar, % (berdasarkan massa).
Perhitungan panas pembakaran
Dengan demikian, nilai kalor yang lebih tinggi adalah jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna dari suatu satuan massa atau volume (untuk gas) dari zat yang mudah terbakar dan mendinginkan produk pembakaran ke suhu titik embun. Dalam perhitungan rekayasa panas, nilai kalor kotor diambil sebagai 100%. Panas laten pembakaran gas adalah panas yang dilepaskan selama kondensasi uap air yang terkandung dalam produk pembakaran. Secara teoritis bisa mencapai 11%.
Dalam prakteknya, tidak mungkin untuk mendinginkan produk pembakaran untuk menyelesaikan kondensasi, dan oleh karena itu konsep nilai kalor bersih (QHp) diperkenalkan, yang diperoleh dengan mengurangkan dari nilai kalor yang lebih tinggi panas penguapan uap air keduanya terkandung dalam zat dan terbentuk selama pembakarannya. 2514 kJ/kg (600 kkal/kg) dihabiskan untuk penguapan 1 kg uap air. Nilai kalor bersih ditentukan oleh rumus (kJ / kg atau kkal / kg):
Q H P = Q B P 2514 ((9 H P + W P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-2514\cdot ((9H^(P)+W^ (P))/100))(untuk padat)
Q H P = Q B P 600 ((9 H P + W P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-600\cdot ((9H^(P)+W^ (P))/100))(untuk zat cair), dimana:
2514 - panas penguapan pada 0 °C dan tekanan atmosfer, kJ/kg;
H P (\gaya tampilan H^(P)) dan W P (\gaya tampilan W^(P))- kandungan hidrogen dan uap air dalam bahan bakar yang bekerja,%;
9 adalah koefisien yang menunjukkan bahwa ketika 1 kg hidrogen dibakar dalam kombinasi dengan oksigen, 9 kg air terbentuk.
Nilai kalor adalah karakteristik yang paling penting dari bahan bakar, karena menentukan jumlah panas yang diperoleh dengan membakar 1 kg bahan bakar padat atau cair atau 1 m³ bahan bakar gas dalam kJ/kg (kkal/kg). 1 kkal = 4,1868 atau 4,19 kJ.
Nilai kalor bersih ditentukan secara eksperimental untuk setiap zat dan merupakan nilai referensi. Ini juga dapat ditentukan untuk bahan padat dan cair, dengan komposisi unsur yang diketahui, dengan perhitungan sesuai dengan rumus D. I. Mendeleev, kJ / kg atau kkal / kg:
Q H P = 339 ⋅ C P + 1256 H P 109 (O P − S L P) 25,14 (9 ⋅ H P + W P) (\displaystyle Q_(H)^(P)=339\cdot C^(P)+1256\ cdot H^(P)-109\cdot (O^(P)-S_(L)^(P))-25.14\cdot (9\cdot H^(P)+W^(P)))
Q H P = 81 C P + 246 ⋅ H P 26 (O P + S L P) 6 W P (\displaystyle Q_(H)^(P)=81\cdot C^(P)+246\cdot H^(P) -26\cdot (O^(P)+S_(L)^(P))-6\cdot W^(P)), di mana:
C P (\gaya tampilan C_(P)), H P (\gaya tampilan H_(P)), O P (\gaya tampilan O_(P)), S L P (\gaya tampilan S_(L)^(P)), W P (\gaya tampilan W_(P))- kandungan karbon, hidrogen, oksigen, belerang yang mudah menguap dan kelembaban dalam massa kerja bahan bakar dalam% (berdasarkan massa).
Untuk perhitungan perbandingan, digunakan yang disebut Bahan Bakar Konvensional, yang memiliki panas spesifik pembakaran sebesar 29308 kJ/kg (7000 kkal/kg).
Di Rusia, perhitungan termal (misalnya, menghitung beban panas untuk menentukan kategori ruangan untuk ledakan dan bahaya kebakaran) biasanya dilakukan sesuai dengan nilai kalor terendah, di AS, Inggris Raya, Prancis - menurut yang tertinggi . Di Inggris dan Amerika Serikat, sebelum pengenalan sistem metrik, nilai kalor diukur dalam satuan termal Inggris (BTU) per pon (lb) (1Btu/lb = 2,326 kJ/kg).
Bahan dan bahan Nilai kalori bersih Q H P (\gaya tampilan Q_(H)^(P)), MJ/kg Bensin 41,87 Minyak tanah 43,54 Kertas: buku, majalah 13,4 Kayu (batang W = 14%) 13,8 Karet alam 44,73 Polivinil klorida linoleum 14,31 Karet 33,52 serat stapel 13,8 Polietilena 47,14 sterofoam 41,6 Kapas dilonggarkan 15,7 Plastik 41,87 SIFAT FISIKA DAN KIMIA GAS ALAM
Gas alam tidak memiliki warna, bau atau rasa.
Indikator utama gas alam meliputi: komposisi, panas pembakaran, densitas, suhu pembakaran dan penyalaan, batas ledakan dan tekanan ledakan.
Gas alam dari ladang gas murni terutama terdiri dari metana (82-98%) dan hidrokarbon lainnya.
Gas yang mudah terbakar mengandung zat yang mudah terbakar dan tidak mudah terbakar. Gas yang mudah terbakar meliputi: hidrokarbon, hidrogen, hidrogen sulfida. Bahan yang tidak mudah terbakar meliputi: karbon dioksida, oksigen, nitrogen, dan uap air. Komposisinya rendah dan berjumlah 0,1-0,3% CO 2 dan 1-14% N 2 . Setelah ekstraksi, gas hidrogen sulfida beracun diekstraksi dari gas, yang isinya tidak boleh melebihi 0,02 g/m3.
Nilai kalor adalah jumlah kalor yang dilepaskan selama pembakaran sempurna 1 m3 gas. Panas pembakaran diukur dalam kkal/m3, kJ/m3 gas. Nilai kalor gas alam kering adalah 8000-8500 kkal/m 3 .
Nilai yang dihitung dengan perbandingan massa suatu zat dengan volumenya disebut massa jenis zat. Massa jenis diukur dalam kg/m3. Densitas gas alam bergantung sepenuhnya pada komposisinya dan berada dalam c = 0,73-0,85 kg/m3.
Fitur paling penting dari setiap gas yang mudah terbakar adalah keluaran panas, yaitu suhu maksimum yang dicapai dengan pembakaran gas yang sempurna, jika jumlah udara yang dibutuhkan untuk pembakaran sama persis dengan rumus kimia pembakaran, dan suhu awal gas dan udara. adalah nol.
Kapasitas panas gas alam adalah sekitar 2000 -2100 °C, metana - 2043 °C. Suhu pembakaran aktual di tungku jauh lebih rendah daripada keluaran panas dan tergantung pada kondisi pembakaran.
Suhu pengapian adalah suhu campuran udara-bahan bakar di mana campuran menyala tanpa sumber pengapian. Untuk gas alam, berada di kisaran 645-700 °C.
Semua gas yang mudah terbakar bersifat eksplosif, mampu menyala dengan nyala api atau percikan api. Membedakan batas konsentrasi bawah dan atas perambatan api , yaitu konsentrasi bawah dan atas di mana ledakan campuran dimungkinkan. Batas bawah ledakan gas adalah 3÷6%, batas atas adalah 12÷16%.
Batas ledakan.
Campuran gas-udara yang mengandung jumlah gas:
hingga 5% - tidak terbakar;
dari 5 hingga 15% - meledak;
lebih dari 15% - terbakar ketika udara disuplai.
Tekanan selama ledakan gas alam adalah 0,8-1,0 MPa.
Semua gas yang mudah terbakar dapat menyebabkan keracunan pada tubuh manusia. Zat beracun utama adalah: karbon monoksida (CO), hidrogen sulfida (H 2 S), amonia (NH 3).
Gas alam tidak berbau. Untuk menentukan kebocoran, gas diberi bau (yaitu, mereka memberikan bau tertentu). Melakukan baurisasi dilakukan dengan menggunakan etil merkaptan. Melakukan penciuman di stasiun distribusi gas (GDS). Ketika 1% gas alam memasuki udara, baunya mulai terasa. Praktek menunjukkan bahwa tingkat rata-rata etil merkaptan untuk bau gas alam yang dipasok ke jaringan kota harus 16 g per 1.000 m3 gas.
Dibandingkan dengan bahan bakar padat dan cair, gas alam menang dalam banyak hal:
Murahnya relatif, yang dijelaskan dengan cara ekstraksi dan transportasi yang lebih mudah;
Tidak ada abu dan penghilangan partikel padat ke atmosfer;
Panas pembakaran yang tinggi;
Tidak diperlukan persiapan bahan bakar untuk pembakaran;
Pekerjaan pekerja layanan difasilitasi dan kondisi sanitasi dan higienis pekerjaan mereka ditingkatkan;
Memfasilitasi otomatisasi proses kerja.
Karena kemungkinan kebocoran melalui kebocoran pada sambungan pipa gas dan perlengkapannya, penggunaan gas alam memerlukan perhatian dan kehati-hatian khusus. Penetrasi lebih dari 20% gas ke dalam ruangan dapat menyebabkan mati lemas, dan jika ada dalam volume tertutup dari 5 hingga 15%, dapat menyebabkan ledakan campuran gas-udara. Pembakaran yang tidak sempurna menghasilkan karbon monoksida CO yang beracun, yang bahkan pada konsentrasi rendah dapat menyebabkan keracunan pada personel yang beroperasi.
Menurut asalnya, gas alam dibagi menjadi dua kelompok: kering dan berlemak.
Kering gas adalah gas asal mineral dan ditemukan di daerah yang terkait dengan aktivitas gunung berapi sekarang atau masa lalu. Gas kering hampir seluruhnya terdiri dari metana saja dengan kandungan komponen pemberat yang dapat diabaikan (nitrogen, karbon dioksida) dan memiliki nilai kalor Qн=7000÷9000 kkal/nm3.
berlemak gas menyertai ladang minyak dan biasanya menumpuk di lapisan atas. Berdasarkan asalnya, gas lemak dekat dengan minyak dan mengandung banyak hidrokarbon yang mudah terkondensasi. Nilai kalor gas cair Qн=8000-15000 kkal/nm3
Keuntungan bahan bakar gas termasuk kemudahan transportasi dan pembakaran, tidak adanya kelembaban abu, dan kesederhanaan peralatan boiler yang signifikan.
Selain gas alam, gas buatan yang mudah terbakar juga digunakan, diperoleh selama pemrosesan bahan bakar padat, atau sebagai hasil dari pengoperasian pabrik industri sebagai gas buangan. Gas buatan terdiri dari gas yang mudah terbakar dari pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna, gas pemberat dan uap air dan dibagi menjadi kaya dan miskin, masing-masing memiliki nilai kalor rata-rata 4500 kkal / m3 dan 1300 kkam3. Komposisi gas: hidrogen, metana, senyawa hidrokarbon lainnya CmHn, hidrogen sulfida H 2 S, gas yang tidak mudah terbakar, karbon dioksida, oksigen, nitrogen dan sejumlah kecil uap air. Ballast - nitrogen dan karbon dioksida.
Dengan demikian, komposisi bahan bakar gas kering dapat direpresentasikan sebagai campuran elemen berikut:
CO + H 2 + CmHn + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 \u003d 100%.
Komposisi bahan bakar gas basah dinyatakan sebagai berikut:
CO + H 2 + CmHn + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O \u003d 100%.
Panas pembakaran kering bahan bakar gas kJ / m3 (kcal / m3) per 1 m3 gas dalam kondisi normal ditentukan sebagai berikut:
Qn \u003d 0,01,
Dimana Qi adalah nilai kalor dari gas yang bersangkutan.
Panas pembakaran bahan bakar gas diberikan dalam tabel 3.
Gas tanur sembur terbentuk selama peleburan besi di tanur tinggi. Hasil dan komposisi kimianya bergantung pada sifat muatan dan bahan bakar, mode operasi tungku, metode mengintensifkan proses, dan faktor lainnya. Keluaran gas berkisar antara 1500-2500 m 3 per ton pig iron. Bagian komponen yang tidak mudah terbakar (N 2 dan CO 2) dalam gas tanur sembur adalah sekitar 70%, yang menyebabkan kinerja termalnya rendah (nilai kalor terendah dari gas adalah 3-5 MJ/m 3).
Saat membakar gas tanur sembur, suhu maksimum produk pembakaran (tidak termasuk kehilangan panas dan konsumsi panas untuk disosiasi CO 2 dan H 2 O) adalah 400-1500 0 C. Jika gas dan udara dipanaskan sebelum pembakaran, suhu produk pembakaran dapat meningkat secara signifikan.
gas ferroalloy terbentuk selama peleburan ferroalloy dalam tungku reduksi bijih. Gas buang dari tungku tertutup dapat digunakan sebagai bahan bakar SER (sumber energi sekunder). Dalam tungku terbuka, karena akses udara yang bebas, gas terbakar di bagian atas. Hasil dan komposisi gas ferroalloy tergantung pada tingkat peleburan
paduan, komposisi muatan, mode operasi tungku, kekuatannya, dll. Komposisi gas: 50-90% CO, 2-8% H 2 , 0,3-1% CH 4 , O 2<1%, 2-5% CO 2 , остальное N 2 . Максимальная температура продуктов сгорания равна 2080 ^0 C. Запылённость газа составляет 30-40 г/м^3 .
gas konverter terbentuk selama peleburan baja dalam konverter oksigen. Gas terutama terdiri dari karbon monoksida, hasil dan komposisinya selama peleburan berubah secara signifikan. Setelah pemurnian, komposisi gas kira-kira sebagai berikut: 70-80% CO; 15-20% CO2 ; 0,5-0,8% O2 ; 3-12% N 2. Panas pembakaran gas adalah 8,4-9,2 MJ/m 3 . Temperatur pembakaran maksimal mencapai 2000 0 C.
gas oven kokas terbentuk selama kokas muatan batubara. Dalam metalurgi besi, digunakan setelah ekstraksi produk kimia. Komposisi gas oven kokas tergantung pada sifat muatan batubara dan kondisi kokas. Fraksi volume komponen dalam gas berada dalam batas-batas berikut, %: 52-62H 2 ; 0,3-0,6 O2 ; 23.5-26.5 CH 4 ; 5,5-7,7 CO; 1,8-2,6 CO2 . Panas pembakaran adalah 17-17,6 MJ / m ^ 3, suhu maksimum produk pembakaran adalah 2070 0 .
5. KESEIMBANGAN PEMBAKARAN TERMAL
Pertimbangkan metode untuk menghitung keseimbangan panas dari proses pembakaran bahan bakar gas, cair dan padat. Perhitungan direduksi menjadi pemecahan masalah berikut.
· Penentuan panas pembakaran (nilai kalor) bahan bakar.
· Penentuan temperatur pembakaran teoritis.
5.1. PANAS PEMBAKARAN
Reaksi kimia disertai dengan pelepasan atau penyerapan panas. Jika kalor dilepaskan, reaksinya disebut eksoterm, dan jika diserap disebut endoterm. Semua reaksi pembakaran adalah eksoterm, dan produk pembakaran adalah senyawa eksoterm.
Panas yang dilepaskan (atau diserap) selama reaksi kimia disebut panas reaksi. Pada reaksi eksoterm bernilai positif, pada reaksi endoterm bernilai negatif. Reaksi pembakaran selalu disertai dengan pelepasan panas. Panas pembakaran Q g(J / mol) adalah jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna satu mol zat dan transformasi zat yang mudah terbakar menjadi produk pembakaran sempurna. Mol adalah satuan SI dasar untuk jumlah suatu zat. Satu mol adalah jumlah zat yang mengandung partikel (atom, molekul, dll.) sebanyak jumlah atom dalam 12 g isotop karbon-12. Massa sejumlah zat yang sama dengan 1 mol (massa molekul atau molar) secara numerik bertepatan dengan berat molekul relatif zat tertentu.
Misalnya, berat molekul relatif oksigen (O 2 ) adalah 32, karbon dioksida (CO 2 ) adalah 44, dan berat molekul yang sesuai adalah M=32 g/mol dan M=44 g/mol. Jadi, satu mol oksigen mengandung 32 gram zat ini, dan satu mol CO2 mengandung 44 gram karbon dioksida.
Dalam perhitungan teknis, bukan panas pembakaran yang sering digunakan Q g, dan nilai kalor bahan bakar Q(J / kg atau J / m 3). Nilai kalor suatu zat adalah jumlah kalor yang dilepaskan selama pembakaran sempurna 1 kg atau 1 m3 suatu zat. Untuk zat cair dan padat, perhitungan dilakukan per 1 kg, dan untuk zat gas, per 1 m 3.
Pengetahuan tentang panas pembakaran dan nilai kalor bahan bakar diperlukan untuk menghitung suhu pembakaran atau ledakan, tekanan ledakan, kecepatan rambat api, dan karakteristik lainnya. Nilai kalor bahan bakar ditentukan baik secara eksperimental atau dengan perhitungan. Dalam penentuan eksperimental nilai kalor, massa tertentu bahan bakar padat atau cair dibakar dalam bom kalorimetri, dan dalam kasus bahan bakar gas, dalam kalorimeter gas. Perangkat ini mengukur panas total Q 0, dilepaskan selama pembakaran sampel penimbangan bahan bakar m. Nilai kalori Q g ditemukan sesuai dengan rumus
Hubungan antara panas pembakaran dan
nilai kalori bahan bakarUntuk menetapkan hubungan antara panas pembakaran dan nilai kalor suatu zat, perlu dituliskan persamaan reaksi kimia pembakaran.
Produk pembakaran sempurna karbon adalah karbon dioksida:
C + O 2 → CO 2.
Produk pembakaran sempurna hidrogen adalah air:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O.
Produk pembakaran sempurna belerang adalah belerang dioksida:
S + O 2 → SO 2.
Pada saat yang sama, nitrogen, halida, dan elemen tidak mudah terbakar lainnya dilepaskan dalam bentuk bebas.
gas yang mudah terbakar
Sebagai contoh, kita akan menghitung nilai kalor metana CH 4, yang panas pembakarannya sama dengan Q g=882.6 .
Tentukan berat molekul metana sesuai dengan rumus kimianya (CH 4):
=1∙12+4∙1=16 g/mol.
Tentukan nilai kalor 1 kg metana:
Mari kita cari volume 1 kg metana, mengetahui densitasnya =0,717 kg/m 3 dalam kondisi normal:
.Tentukan nilai kalor 1 m 3 metana:
Nilai kalor dari setiap gas yang mudah terbakar ditentukan dengan cara yang sama. Untuk banyak zat umum, nilai kalor dan nilai kalor telah diukur dengan akurasi tinggi dan diberikan dalam literatur referensi yang relevan. Mari kita berikan tabel nilai untuk nilai kalor beberapa zat gas (Tabel 5.1). Nilai Q dalam tabel ini diberikan dalam MJ / m 3 dan dalam kkal / m 3, karena 1 kkal = 4,1868 kJ sering digunakan sebagai satuan kalor.
Tabel 5.1
Nilai kalori bahan bakar gas
Zat
Asetilen
Q
Zat yang mudah terbakar - cair atau padat
Sebagai contoh, kita akan menghitung nilai kalor etil alkohol C 2 H 5 OH, yang kalor pembakarannya Q g= 1373,3 kJ/mol.
Tentukan berat molekul etil alkohol sesuai dengan rumus kimianya (C 2 H 5 OH):
= 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1∙1 = 46 g/mol.
Tentukan nilai kalor 1 kg etil alkohol:
Nilai kalor dari setiap bahan mudah terbakar cair dan padat ditentukan dengan cara yang sama. Di meja. 5.2 dan 5.3 menunjukkan nilai kalori Q(MJ/kg dan kkal/kg) untuk beberapa zat cair dan padat.
Tabel 5.2
Nilai kalori bahan bakar cair
Zat
metil alkohol
etanol
Bahan bakar minyak, minyak
Q
Tabel 5.3
Nilai kalori bahan bakar padat
Zat
kayu segar
kayu kering
Batubara coklat
kering gambut
Antrasit, kokas
Q
rumus Mendeleev
Jika nilai kalor bahan bakar tidak diketahui, maka dapat dihitung dengan menggunakan rumus empiris yang dikemukakan oleh D.I. Mendeleev. Untuk melakukan ini, Anda perlu mengetahui komposisi unsur bahan bakar (rumus setara bahan bakar), yaitu persentase unsur-unsur berikut di dalamnya:
Oksigen (O);
Hidrogen (H);
Karbon (C);
Sulfur (S);
Abu (A);
Air (W).
Produk pembakaran bahan bakar selalu mengandung uap air, yang terbentuk baik karena adanya uap air dalam bahan bakar dan selama pembakaran hidrogen. Produk limbah pembakaran meninggalkan pabrik industri pada suhu di atas suhu titik embun. Oleh karena itu, panas yang dilepaskan selama kondensasi uap air tidak dapat digunakan secara berguna dan tidak boleh diperhitungkan dalam perhitungan termal.
Nilai kalor bersih biasanya digunakan untuk perhitungan. Q n bahan bakar, yang memperhitungkan kehilangan panas dengan uap air. Untuk bahan bakar padat dan cair, nilai Q n(MJ / kg) kira-kira ditentukan oleh rumus Mendeleev:
Q n=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)
di mana persentase (% massa) kandungan elemen yang sesuai dalam komposisi bahan bakar ditunjukkan dalam tanda kurung.
Rumus ini memperhitungkan panas reaksi pembakaran eksotermik karbon, hidrogen dan belerang (dengan tanda plus). Oksigen, yang merupakan bagian dari bahan bakar, menggantikan sebagian oksigen di udara, sehingga istilah yang sesuai dalam rumus (5.1) diambil dengan tanda minus. Ketika uap air menguap, panas dikonsumsi, sehingga istilah yang sesuai yang mengandung W juga diambil dengan tanda minus.
Perbandingan data yang dihitung dan eksperimental pada nilai kalor bahan bakar yang berbeda (kayu, gambut, batu bara, minyak) menunjukkan bahwa perhitungan menurut rumus Mendeleev (5.1) memberikan kesalahan tidak melebihi 10%.
Nilai kalori bersih Q n(MJ / m 3) gas kering yang mudah terbakar dapat dihitung dengan akurasi yang cukup sebagai jumlah produk dari nilai kalor masing-masing komponen dan persentasenya dalam 1 m 3 bahan bakar gas.
Q n= 0,108[Н 2 ] + 0,126[СО] + 0,358[CH 4 ] + 0,5[С 2 2 ] + 0,234[Н 2 S ]…, (5.2)
di mana persentase (vol.%) kandungan gas yang sesuai dalam campuran ditunjukkan dalam tanda kurung.
Nilai kalor rata-rata gas alam adalah sekitar 53,6 MJ/m 3 . Dalam gas mudah terbakar yang diproduksi secara artifisial, kandungan metana CH 4 dapat diabaikan. Komponen utama yang mudah terbakar adalah hidrogen H2 dan karbon monoksida CO. Dalam gas oven kokas, misalnya, kandungan H 2 mencapai (55 60)%, dan nilai kalor bersih gas tersebut mencapai 17,6 MJ/m 3 . Dalam gas generator, kandungan CO ~ 30% dan H 2 ~ 15%, sedangkan nilai kalor bersih dari gas generator Q n= (5.2÷6.5) MJ/m 3 . Dalam gas tanur sembur, kandungan CO dan H2 lebih sedikit; besarnya Q n= (4.0÷4.2) MJ/m 3 .
Perhatikan contoh penghitungan nilai kalor zat menggunakan rumus Mendeleev.
Mari kita tentukan nilai kalori batubara, yang komposisi unsurnya diberikan pada Tabel. 5.4.
Tabel 5.4
Komposisi unsur batubara
Mari kita ganti yang diberikan di tab. 5.4 data dalam rumus Mendeleev (5.1) (nitrogen N dan abu A tidak termasuk dalam rumus ini, karena merupakan zat inert dan tidak berpartisipasi dalam reaksi pembakaran):
Q n=0.339∙37.2+1.025∙2.6+0.1085∙0.6–0.1085∙12–0.025∙40=13.04 MJ/kg.
Mari kita tentukan jumlah kayu bakar yang dibutuhkan untuk memanaskan 50 liter air dari 10 ° C hingga 100 ° C, jika 5% dari panas yang dilepaskan selama pembakaran dihabiskan untuk pemanasan, dan kapasitas panas air dengan\u003d 1 kkal / (kg derajat) atau 4,1868 kJ / (kg derajat). Komposisi unsur kayu bakar diberikan pada Tabel. 5.5:
Tabel 5.5
Komposisi elemen kayu bakar
Mari kita cari nilai kalor kayu bakar menurut rumus Mendeleev (5.1):
Q n=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg.
Tentukan jumlah panas yang dihabiskan untuk memanaskan air saat membakar 1 kg kayu bakar (dengan mempertimbangkan fakta bahwa 5% dari panas (a = 0,05) yang dilepaskan selama pembakaran dihabiskan untuk memanaskannya):
Q 2=a Q n=0,05 17,12=0,86 MJ/kg.
Tentukan banyaknya kayu bakar yang diperlukan untuk memanaskan 50 liter air dari suhu 10°C menjadi 100°C:
kgJadi, sekitar 22 kg kayu bakar diperlukan untuk memanaskan air.
Jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna dari satu unit jumlah bahan bakar disebut nilai kalor (Q) atau, seperti yang kadang-kadang disebut, nilai kalor, atau nilai kalor, yang merupakan salah satu karakteristik utama bahan bakar.
Nilai kalor gas biasanya disebut sebagai 1 m 3, diambil dalam kondisi normal.
Dalam perhitungan teknis, kondisi normal dipahami sebagai keadaan gas pada suhu sama dengan 0 ° C, dan pada tekanan 760 mmHg Seni. Volume gas di bawah kondisi ini dilambangkan nm 3(meter kubik biasa).
Untuk pengukuran gas industri sesuai dengan GOST 2923-45, suhu 20 ° C dan tekanan 760 diambil sebagai kondisi normal mmHg Seni. Volume gas mengacu pada kondisi ini, berbeda dengan nm 3 kami akan menelepon m 3 (meter kubik).
Nilai kalor gas (Q)) dinyatakan dalam kkal/nm e atau di kkal / m3.
Untuk gas cair, nilai kalor mengacu pada 1 kg
Ada nilai kalor yang lebih tinggi (Q in) dan lebih rendah (Q n). Nilai kalor kotor memperhitungkan panas kondensasi uap air yang terbentuk selama pembakaran bahan bakar. Nilai kalor bersih tidak memperhitungkan panas yang terkandung dalam uap air dari produk pembakaran, karena uap air tidak mengembun, tetapi terbawa bersama produk pembakaran.
Konsep Q in dan Q n hanya berlaku untuk gas-gas tersebut, selama pembakaran yang melepaskan uap air (konsep ini tidak berlaku untuk karbon monoksida, yang tidak menghasilkan uap air selama pembakaran).
Ketika uap air mengembun, panas yang dilepaskan sama dengan 539 kkal/kg. Selain itu, ketika kondensat didinginkan hingga 0 °C (atau 20 °C), panas dilepaskan, masing-masing, dalam jumlah 100 atau 80 kkal/kg.
Secara total, karena kondensasi uap air, panas dilepaskan lebih dari 600 kkal/kg, yang merupakan perbedaan antara nilai kalor kotor dan bersih dari gas. Untuk sebagian besar gas yang digunakan dalam pasokan gas perkotaan, perbedaan ini adalah 8-10%.
Nilai nilai kalor beberapa gas diberikan dalam tabel. 3.
Untuk pasokan gas perkotaan, gas saat ini digunakan, yang biasanya memiliki nilai kalor minimal 3500 kkal / nm3. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa dalam kondisi kota, gas disuplai melalui pipa dengan jarak yang cukup jauh. Dengan nilai kalor yang rendah maka diperlukan suplai dalam jumlah yang banyak. Ini pasti mengarah pada peningkatan diameter pipa gas dan, sebagai akibatnya, peningkatan investasi logam dan dana untuk pembangunan jaringan gas, dan, selanjutnya, peningkatan biaya operasi. Kerugian signifikan dari gas berkalori rendah adalah bahwa dalam banyak kasus mereka mengandung sejumlah besar karbon monoksida, yang meningkatkan bahaya saat menggunakan gas, serta saat melayani jaringan dan instalasi.
Gas dengan nilai kalor kurang dari 3500 kkal/nm 3 paling sering digunakan dalam industri, di mana tidak diperlukan untuk mengangkutnya jarak jauh dan lebih mudah untuk mengatur pembakaran. Untuk pasokan gas perkotaan, diinginkan untuk memiliki nilai kalor gas yang konstan. Fluktuasi, seperti yang telah kita tetapkan, diperbolehkan tidak lebih dari 10%. Perubahan yang lebih besar dalam nilai kalor gas memerlukan penyesuaian baru, dan kadang-kadang perubahan sejumlah besar pembakar terpadu untuk peralatan rumah tangga, yang dikaitkan dengan kesulitan yang signifikan.
