Setiap hari, menyalakan kompor di atas kompor, hanya sedikit orang yang berpikir tentang berapa lama mereka mulai menghasilkan gas. Di negara kita, perkembangannya dimulai pada abad kedua puluh. Sebelumnya, itu hanya ditemukan saat mengekstraksi produk minyak. Nilai kalori gas alam sangat hebat sehingga hari ini bahan mentah ini tidak tergantikan, dan rekan-rekan berkualitas tinggi belum dikembangkan.
Tabel nilai kalori akan membantu Anda memilih bahan bakar untuk memanaskan rumah Anda
Fitur bahan bakar fosil
Gas alam adalah bahan bakar fosil penting yang menempati posisi terdepan dalam keseimbangan bahan bakar dan energi di banyak negara bagian. Untuk memasok bahan bakar ke kota dan semua jenis perusahaan teknis mengkonsumsi berbagai gas yang mudah terbakar, karena alam dianggap berbahaya.
Para ahli ekologi percaya bahwa gas adalah bahan bakar terbersih; ketika dibakar, ia melepaskan jauh lebih sedikit zat beracun dari kayu bakar, batu bara, minyak. Bahan bakar ini digunakan setiap hari oleh orang-orang dan mengandung aditif seperti bau, ditambahkan pada instalasi yang dilengkapi dengan perbandingan 16 miligram per 1.000 meter kubik gas.
Komponen penting dari zat tersebut adalah metana (sekitar 88-96%), sisanya adalah bahan kimia lainnya:
- butana;
- hidrogen sulfida;
- propana;
- nitrogen;
- oksigen.
Dalam video ini, kami akan mempertimbangkan peran batubara:
Jumlah metana dalam bahan bakar alami langsung tergantung pada bidangnya.
Jenis bahan bakar yang dijelaskan terdiri dari komponen hidrokarbon dan non-hidrokarbon. Bahan bakar fosil alami terutama metana, yang meliputi butana dan propana. Selain komponen hidrokarbon, nitrogen, belerang, helium dan argon hadir dalam bahan bakar fosil yang dijelaskan. Dan juga ada uap cair, tetapi hanya dalam bentuk gas ladang minyak.
Jenis setoran
Beberapa jenis deposit gas dicatat. Mereka dibagi menjadi beberapa jenis berikut:
- gas;
- minyak.
Mereka tanda adalah kandungan hidrokarbon. Deposit gas mengandung sekitar 85-90% dari zat yang disajikan, ladang minyak mengandung tidak lebih dari 50%. Persentase sisanya ditempati oleh zat-zat seperti butana, propana dan minyak.
Kerugian besar dari pembangkitan minyak adalah pembilasannya dari berbeda jenis aditif. Sulfur sebagai pengotor dieksploitasi di perusahaan teknis.
Konsumsi gas alam
Butana dikonsumsi sebagai bahan bakar di pompa bensin untuk mobil, dan zat organik yang disebut "propana" digunakan untuk bahan bakar korek api. Asetilena sangat mudah terbakar dan digunakan dalam pengelasan dan pemotongan logam.
Bahan bakar fosil yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari:
- kolom;
- tungku gas;
Jenis bahan bakar ini dianggap paling murah dan tidak berbahaya, satu-satunya kelemahan adalah emisi karbon dioksida ketika dibakar ke atmosfer. Para ilmuwan di seluruh planet ini sedang mencari pengganti energi panas.
Nilai kalori
Nilai kalor gas alam adalah jumlah panas yang dihasilkan dengan burnout yang cukup dari satu unit bahan bakar. Jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran disebut satu meter kubik diambil dalam kondisi alami.
Kapasitas termal gas alam diukur dalam istilah berikut:
- kkal / nm 3;
- kkal / m3.
Ada nilai kalori tinggi dan rendah:
- Tinggi. Mempertimbangkan panas uap air yang terjadi selama pembakaran bahan bakar.
- Rendah. Itu tidak memperhitungkan panas yang terkandung dalam uap air, karena uap seperti itu tidak menyebabkan kondensasi, tetapi meninggalkan produk pembakaran. Karena akumulasi uap air, ia membentuk jumlah panas yang sama dengan 540 kkal / kg. Selain itu, ketika kondensat mendingin, panas dari 80 hingga seratus kkal / kg dilepaskan. Secara umum, karena akumulasi uap air, lebih dari 600 kkal / kg terbentuk, ini adalah fitur yang membedakan antara keluaran panas tinggi dan rendah.
Untuk sebagian besar gas yang dikonsumsi dalam sistem distribusi bahan bakar perkotaan, perbedaannya setara dengan 10%. Untuk menyediakan gas bagi kota, nilai kalornya harus lebih dari 3500 kkal/Nm 3 . Ini dijelaskan oleh fakta bahwa pasokan dilakukan melalui pipa ke jarak jauh. Jika nilai kalornya rendah, maka pasokannya meningkat.
Jika nilai kalor gas alam kurang dari 3500 kkal / Nm 3 lebih sering digunakan dalam industri. Tidak perlu diangkut untuk jarak jauh, dan menjadi lebih mudah untuk melakukan pembakaran. Perubahan besar nilai kalori gas perlu sering disesuaikan, dan terkadang diganti jumlah yang besar pembakar standar sensor rumah tangga, yang menyebabkan kesulitan.
Situasi ini mengarah pada peningkatan diameter pipa gas, serta peningkatan biaya logam, jaringan peletakan dan operasi. Kerugian besar dari bahan bakar fosil berkalori rendah adalah kandungan karbon monoksida yang sangat besar, sehubungan dengan ini, tingkat bahaya meningkat selama pengoperasian bahan bakar dan selama pemeliharaan pipa, pada gilirannya, serta peralatan.
Panas yang dilepaskan selama pembakaran, tidak melebihi 3500 kkal/nm 3 , paling sering digunakan dalam produksi industri, di mana tidak perlu untuk mentransfernya dalam jarak jauh dan dengan mudah membentuk pembakaran.
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 pada 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 kalori disebut 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 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 konstruksi. jaringan gas, dan selanjutnya: dan 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 terkadang perubahan sejumlah besar pembakar terpadu untuk peralatan rumah tangga, yang dikaitkan dengan kesulitan yang signifikan.
Tabel menyajikan panas spesifik massa pembakaran bahan bakar (cair, padat dan gas) dan beberapa bahan mudah terbakar lainnya. Bahan bakar seperti: batu bara, kayu bakar, kokas, gambut, minyak tanah, minyak, alkohol, bensin, gas alam, dll. dipertimbangkan.
Daftar tabel:
Dalam reaksi oksidasi bahan bakar eksotermik, energi kimianya diubah menjadi energi panas dengan pelepasan sejumlah panas tertentu. yang muncul energi termal disebut panas pembakaran bahan bakar. Dia bergantung padanya komposisi kimia, kelembaban dan merupakan yang utama . Nilai kalor bahan bakar, mengacu pada 1 kg massa atau 1 m 3 volume, membentuk massa atau nilai kalor spesifik volumetrik.
Panas spesifik pembakaran bahan bakar adalah jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna dari satu satuan massa atau volume bahan bakar padat, cair atau gas. PADA sistem internasional satuan, nilai ini diukur dalam J/kg atau J/m 3.
Panas spesifik pembakaran bahan bakar dapat ditentukan secara eksperimental atau dihitung secara analitis. Metode Eksperimental definisi nilai kalor didasarkan pada pengukuran praktis dari jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran bahan bakar, misalnya dalam kalorimeter dengan termostat dan bom pembakaran. Untuk bahan bakar dengan komposisi kimia yang diketahui, panas spesifik pembakaran dapat ditentukan dari rumus Mendeleev.
Ada panas spesifik pembakaran yang lebih tinggi dan lebih rendah. Nilai kalor bruto sama dengan jumlah maksimum panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna bahan bakar, dengan memperhitungkan panas yang dihabiskan untuk penguapan uap air yang terkandung dalam bahan bakar. Nilai kalori bersih nilai kurang lebih tinggi dengan nilai panas kondensasi, yang terbentuk dari kelembaban bahan bakar dan hidrogen bahan organik yang berubah menjadi air ketika dibakar.
Untuk menentukan indikator kualitas bahan bakar, serta dalam perhitungan teknik panas biasanya menggunakan panas spesifik pembakaran terendah, yang merupakan karakteristik termal dan operasional paling penting dari bahan bakar dan diberikan dalam tabel di bawah ini.
Panas spesifik pembakaran bahan bakar padat (batubara, kayu bakar, gambut, kokas)
Tabel tersebut menunjukkan nilai kalor jenis pembakaran bahan bakar padat kering dalam satuan MJ/kg. Bahan bakar dalam tabel disusun berdasarkan nama dalam urutan abjad.
Dari bahan bakar padat yang dipertimbangkan, batubara kokas memiliki nilai kalor tertinggi - panas spesifik pembakarannya adalah 36,3 MJ/kg (atau 36,3·10 6 J/kg dalam satuan SI). Selain itu, nilai kalor yang tinggi merupakan karakteristik dari batubara, antrasit, arang dan batubara coklat.
Bahan bakar dengan efisiensi energi rendah termasuk kayu, kayu bakar, bubuk mesiu, freztorf, serpih minyak. Misalnya, panas spesifik pembakaran kayu bakar adalah 8,4 ... 12,5, dan bubuk mesiu - hanya 3,8 MJ / kg.
| Bahan bakar | |
|---|---|
| Antrasit | 26,8…34,8 |
| Pelet kayu (pillet) | 18,5 |
| Kayu bakar kering | 8,4…11 |
| Kayu bakar birch kering | 12,5 |
| kokas gas | 26,9 |
| coke tungku ledakan | 30,4 |
| semi-kokas | 27,3 |
| Bubuk | 3,8 |
| Batu tulis | 4,6…9 |
| serpih minyak | 5,9…15 |
| padat bahan bakar roket | 4,2…10,5 |
| gambut | 16,3 |
| gambut berserat | 21,8 |
| Penggilingan gambut | 8,1…10,5 |
| Remah gambut | 10,8 |
| Batubara coklat | 13…25 |
| Batubara coklat (briket) | 20,2 |
| Batubara coklat (debu) | 25 |
| Batubara Donetsk | 19,7…24 |
| Arang | 31,5…34,4 |
| Batu bara | 27 |
| Batubara kokas | 36,3 |
| Batubara Kuznetsk | 22,8…25,1 |
| Batubara Chelyabinsk | 12,8 |
| Batubara Ekibastuz | 16,7 |
| freztorf | 8,1 |
| Terak | 27,5 |
Panas spesifik pembakaran bahan bakar cair (alkohol, bensin, minyak tanah, minyak)
Tabel panas spesifik pembakaran diberikan: bahan bakar cair dan beberapa cairan organik lainnya. Perlu dicatat bahwa bahan bakar seperti bensin, solar dan minyak dicirikan oleh pelepasan panas yang tinggi selama pembakaran.
Panas spesifik pembakaran alkohol dan aseton secara signifikan lebih rendah daripada bahan bakar motor tradisional. Selain itu, propelan cair memiliki nilai kalor yang relatif rendah dan, dengan pembakaran sempurna 1 kg hidrokarbon ini, sejumlah panas masing-masing sebesar 9,2 dan 13,3 MJ akan dilepaskan.
| Bahan bakar | Panas spesifik pembakaran, MJ/kg |
|---|---|
| Aseton | 31,4 |
| Bensin A-72 (GOST 2084-67) | 44,2 |
| Bensin penerbangan B-70 (GOST 1012-72) | 44,1 |
| Bensin AI-93 (GOST 2084-67) | 43,6 |
| Benzena | 40,6 |
| Bahan bakar diesel musim dingin (GOST 305-73) | 43,6 |
| Bahan bakar diesel musim panas (GOST 305-73) | 43,4 |
| Propelan cair (minyak tanah + oksigen cair) | 9,2 |
| minyak tanah penerbangan | 42,9 |
| Pencahayaan minyak tanah (GOST 4753-68) | 43,7 |
| xilena | 43,2 |
| Minyak bahan bakar belerang tinggi | 39 |
| Bahan bakar minyak rendah sulfur | 40,5 |
| Minyak bahan bakar belerang rendah | 41,7 |
| Bahan bakar minyak belerang | 39,6 |
| Metil alkohol (metanol) | 21,1 |
| n-butil alkohol | 36,8 |
| Minyak | 43,5…46 |
| Minyak metana | 21,5 |
| Toluena | 40,9 |
| Roh putih (GOST 313452) | 44 |
| etilen glikol | 13,3 |
| etanol(etanol) | 30,6 |
Panas spesifik pembakaran bahan bakar gas dan gas yang mudah terbakar
Tabel panas spesifik pembakaran bahan bakar gas dan beberapa gas mudah terbakar lainnya dalam dimensi MJ/kg disajikan. Dari gas yang dipertimbangkan, panas jenis pembakaran terbesar berbeda. Dengan pembakaran sempurna satu kilogram gas ini, 119,83 MJ panas akan dilepaskan. Juga, bahan bakar seperti gas alam memiliki nilai kalor yang tinggi - panas spesifik pembakaran gas alam adalah 41 ... 49 MJ / kg (untuk murni 50 MJ / kg).
| Bahan bakar | Panas spesifik pembakaran, MJ/kg |
|---|---|
| 1-Butena | 45,3 |
| Amonia | 18,6 |
| Asetilen | 48,3 |
| Hidrogen | 119,83 |
| Hidrogen, campuran dengan metana (50% H 2 dan 50% CH 4 berdasarkan massa) | 85 |
| Hidrogen, campuran dengan metana dan karbon monoksida (33-33-33% berat) | 60 |
| Hidrogen, campuran dengan karbon monoksida (50% H 2 50% CO 2 berdasarkan massa) | 65 |
| Gas Tungku Ledakan | 3 |
| gas oven kokas | 38,5 |
| Gas hidrokarbon cair LPG (propana-butana) | 43,8 |
| isobutana | 45,6 |
| metana | 50 |
| n-butana | 45,7 |
| n-Heksana | 45,1 |
| n-Pentana | 45,4 |
| Gas terkait | 40,6…43 |
| Gas alam | 41…49 |
| Propadien | 46,3 |
| propana | 46,3 |
| propilena | 45,8 |
| Propilen, campuran dengan hidrogen dan karbon monoksida (90% -9% -1% berat) | 52 |
| etana | 47,5 |
| Etilen | 47,2 |
Panas spesifik pembakaran beberapa bahan yang mudah terbakar
Sebuah tabel diberikan dari panas spesifik pembakaran beberapa bahan yang mudah terbakar (, kayu, kertas, plastik, jerami, karet, dll). Perlu diperhatikan bahan dengan pelepasan panas yang tinggi selama pembakaran. Bahan-bahan ini meliputi: karet berbagai jenis, polystyrene (styrofoam), polypropylene dan polyethylene yang diperluas.
| Bahan bakar | Panas spesifik pembakaran, MJ/kg |
|---|---|
| Kertas | 17,6 |
| Kulit buatan | 21,5 |
| Kayu (batang dengan kadar air 14%) | 13,8 |
| Kayu dalam tumpukan | 16,6 |
| kayu oak | 19,9 |
| Kayu cemara | 20,3 |
| kayu hijau | 6,3 |
| kayu pinus | 20,9 |
| kapron | 31,1 |
| produk karbolit | 26,9 |
| Kardus | 16,5 |
| Karet stirena-butadiena SKS-30AR | 43,9 |
| Karet alam | 44,8 |
| Karet sintetis | 40,2 |
| SCS karet | 43,9 |
| Karet kloroprena | 28 |
| Polivinil klorida linoleum | 14,3 |
| Linoleum polivinil klorida dua lapis | 17,9 |
| Linoleum polivinilklorida berbahan dasar kain kempa | 16,6 |
| Linoleum polivinil klorida secara hangat | 17,6 |
| Linoleum polivinilklorida dengan bahan dasar kain | 20,3 |
| Karet linoleum (relin) | 27,2 |
| padat parafin | 11,2 |
| Polyfoam PVC-1 | 19,5 |
| Polyfoam FS-7 | 24,4 |
| Polyfoam FF | 31,4 |
| PSB-S polistirena yang diperluas | 41,6 |
| busa poliuretan | 24,3 |
| papan serat | 20,9 |
| Polivinil klorida (PVC) | 20,7 |
| polikarbonat | 31 |
| Polipropilena | 45,7 |
| Polistirena | 39 |
| Polietilen densitas tinggi | 47 |
| Polietilen bertekanan rendah | 46,7 |
| Karet | 33,5 |
| ruberoid | 29,5 |
| saluran jelaga | 28,3 |
| Jerami | 16,7 |
| Sedotan | 17 |
| Kaca organik (plexiglass) | 27,7 |
| Textolite | 20,9 |
| tol | 16 |
| TNT | 15 |
| Kapas | 17,5 |
| Selulosa | 16,4 |
| Wol dan serat wol | 23,1 |
Sumber:
- GOST 147-2013 Bahan bakar mineral padat. Penentuan nilai kalor yang lebih tinggi dan perhitungan nilai kalor yang lebih rendah.
- GOST 21261-91 Produk minyak bumi. Metode untuk menentukan nilai kalor bruto dan menghitung nilai kalor bersih.
- GOST 22667-82 Gas alam yang mudah terbakar. Metode perhitungan untuk menentukan nilai kalor, kepadatan relatif dan nomor Wobbe.
- GOST 31369-2008 Gas alam. Perhitungan nilai kalor, densitas, densitas relatif dan bilangan Wobbe berdasarkan komposisi komponen.
- Zemsky G. T. Sifat mudah terbakar dari bahan anorganik dan bahan organik: buku referensi M.: VNIIPO, 2016 - 970 hal.
5. KESEIMBANGAN PEMBAKARAN TERMAL
Pertimbangkan metode perhitungan keseimbangan panas 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.
Dilepaskan (atau diserap) selama kursus reaksi kimia kalor disebut kalor 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. Tahi lalat adalah unit dasar jumlah materi dalam sistem SI. Satu mol adalah jumlah zat yang mengandung partikel (atom, molekul, dll.) sebanyak jumlah atom dalam 12 g isotop karbon-12. Massa sejumlah zat sama dengan 1 mol (molekul atau masa molar) secara numerik bertepatan dengan berat molekul relatif dari zat yang diberikan.
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 cairan dan padatan perhitungan dilakukan per 1 kg, dan untuk 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 bakar
Untuk menetapkan hubungan antara panas pembakaran dan nilai kalor suatu zat, perlu untuk menuliskan 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 .
Mari kita definisikan berat molekul metana sesuai dengan rumus kimia(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 panas pembakaran dan nilai kalor telah diukur dengan akurasi tinggi dan diberikan dalam relevansi literatur referensi. Berikut adalah tabel nilai kalori 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 |
||||||
cairan yang mudah terbakar 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 |
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, perlu diketahui 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, 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 eksoterm pembakaran 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 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 batu bara
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 unsur 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:
Jadi, sekitar 22 kg kayu bakar diperlukan untuk memanaskan air. |
kgApa itu bahan bakar?
Merupakan salah satu komponen atau campuran zat yang mampu transformasi kimia berhubungan dengan pelepasan panas. Jenis yang berbeda bahan bakar berbeda dalam kandungan kuantitatif zat pengoksidasi di dalamnya, yang digunakan untuk melepaskan energi panas.
PADA pengertian luas bahan bakar adalah pembawa energi, yaitu, jenis energi potensial potensial.
Klasifikasi
Saat ini, bahan bakar dibagi menurut keadaan agregasinya menjadi cair, padat, gas.
keras tampilan alami termasuk batu dan kayu bakar, antrasit. Briket, kokas, termoantrasit adalah jenis bahan bakar padat buatan.
Cairan adalah zat yang mengandung zat asal organik. Komponen utama mereka adalah: oksigen, karbon, nitrogen, hidrogen, belerang. Bahan bakar cair buatan akan berbagai resin, bahan bakar minyak.
Ini adalah campuran berbagai gas: etilen, metana, propana, butana. Selain itu, bahan bakar gas mengandung karbon dioksida dan karbon monoksida, hidrogen sulfida, nitrogen, uap air, oksigen.
Indikator bahan bakar
Indikator utama pembakaran. Rumus untuk menentukan nilai kalor dipertimbangkan dalam termokimia. memancarkan "bahan bakar referensi", yang menyiratkan nilai kalor 1 kilogram antrasit.
Minyak pemanas domestik dimaksudkan untuk pembakaran di perangkat pemanas berdaya rendah, yang terletak di tempat tinggal, generator panas yang digunakan di pertanian untuk mengeringkan pakan ternak, pengalengan.
Panas spesifik pembakaran bahan bakar adalah nilai yang menunjukkan jumlah panas yang terbentuk selama pembakaran sempurna bahan bakar dengan volume 1 m 3 atau massa satu kilogram.
Untuk mengukur nilai ini, J / kg, J / m 3, kalori / m 3 digunakan. Untuk menentukan panas pembakaran digunakan metode kalorimetri.
Dengan peningkatan panas spesifik pembakaran bahan bakar, konsumsi bahan bakar spesifik menurun, dan koefisien tindakan yang bermanfaat nilainya tetap sama.
Panas pembakaran zat adalah jumlah energi yang dilepaskan selama oksidasi zat padat, cair, gas.
Itu ditentukan oleh komposisi kimia, serta keadaan agregasi zat yang mudah terbakar.
Fitur produk pembakaran
Nilai kalor yang lebih tinggi dan lebih rendah dikaitkan dengan keadaan agregasi air dalam zat yang diperoleh setelah pembakaran bahan bakar.
Nilai kalor kotor adalah jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna suatu zat. Nilai ini termasuk panas kondensasi uap air.
Nilai kalor kerja yang lebih rendah adalah nilai yang sesuai dengan pelepasan panas selama pembakaran tanpa memperhitungkan panas kondensasi uap air.
Panas laten kondensasi adalah nilai energi kondensasi uap air.
hubungan matematis
Nilai kalor yang lebih tinggi dan lebih rendah terkait dengan hubungan berikut:
Q B = Q H + k(W + 9H)
di mana W adalah jumlah berat (dalam %) air dalam zat yang mudah terbakar;
H adalah jumlah hidrogen (% massa) dalam zat yang mudah terbakar;
k - koefisien 6 kkal/kg
Metode perhitungan
Nilai kalor yang lebih tinggi dan lebih rendah ditentukan oleh dua metode utama: dihitung dan eksperimental.
Kalorimeter digunakan untuk perhitungan eksperimental. Pertama, sampel bahan bakar dibakar di dalamnya. Panas yang akan dilepaskan dalam hal ini diserap sepenuhnya oleh air. Memiliki gagasan tentang massa air, adalah mungkin untuk menentukan nilai panas pembakarannya dengan mengubah suhunya.
Teknik ini dianggap sederhana dan efektif, hanya mengasumsikan pengetahuan tentang data analisis teknis.
Dalam metode perhitungan, nilai kalor tertinggi dan terendah dihitung sesuai dengan rumus Mendeleev.
Q p H \u003d 339C p + 1030H p -109 (O p -S p) - 25 W p (kJ / kg)
Ini memperhitungkan kandungan karbon, oksigen, hidrogen, uap air, belerang dalam komposisi kerja (dalam persen). Jumlah panas selama pembakaran ditentukan dengan mempertimbangkan bahan bakar referensi.
Panas pembakaran gas memungkinkan Anda melakukan perhitungan awal, untuk mengidentifikasi efektivitas aplikasi jenis tertentu bahan bakar.
Fitur asal
Untuk memahami berapa banyak panas yang dilepaskan selama pembakaran bahan bakar tertentu, perlu diketahui asal-usulnya.
Di alam ada varian yang berbeda bahan bakar padat, yang berbeda dalam komposisi dan sifat.
Pembentukannya dilakukan melalui beberapa tahap. Pertama, gambut terbentuk, lalu coklat dan batu bara, kemudian terbentuk antrasit. Sumber utama pembentukan bahan bakar padat adalah daun, kayu, dan jarum. Sekarat, bagian tanaman, ketika terkena udara, dihancurkan oleh jamur, membentuk gambut. Akumulasinya berubah menjadi massa coklat, kemudian diperoleh gas coklat.
Pada tekanan tinggi dan temperatur, brown gas berubah menjadi batubara, kemudian bahan bakar terakumulasi dalam bentuk antrasit.
Selain bahan organik, ada tambahan pemberat pada bahan bakar. Bagian organik adalah bagian yang terbentuk dari bahan organik: hidrogen, karbon, nitrogen, oksigen. Selain unsur-unsur kimia ini, mengandung pemberat: kelembaban, abu.
Teknologi tungku melibatkan alokasi massa bahan bakar yang terbakar, kering, dan mudah terbakar. Massa kerja disebut bahan bakar dalam bentuk aslinya, dipasok ke konsumen. Berat kering adalah komposisi yang tidak mengandung air.
Menggabungkan
Komponen yang paling berharga adalah karbon dan hidrogen.
Unsur-unsur ini ditemukan dalam semua jenis bahan bakar. Di gambut dan kayu, persentase karbon mencapai 58 persen, di batu bara keras dan coklat - 80%, dan di antrasit mencapai 95 persen berat. Tergantung pada indikator ini, jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran bahan bakar berubah. Hidrogen adalah elemen terpenting kedua dari bahan bakar apa pun. Berkontak dengan oksigen, ia membentuk uap air, yang secara signifikan mengurangi nilai termal bahan bakar apa pun.
Persentasenya berkisar dari 3,8 dalam serpih minyak hingga 11 dalam bahan bakar minyak. Oksigen, yang merupakan bagian dari bahan bakar, bertindak sebagai pemberat.
Itu tidak menghasilkan panas unsur kimia, oleh karena itu, secara negatif mempengaruhi nilai panas pembakaran. Pembakaran nitrogen yang terkandung dalam senyawa bebas atau bentuk terikat dalam produk pembakaran, dianggap kotoran berbahaya, jadi jumlahnya sangat terbatas.
Sulfur termasuk dalam komposisi bahan bakar berupa sulfat, sulfida, dan juga sebagai gas sulfur dioksida. Ketika terhidrasi, oksida belerang terbentuk asam sulfat, yang menghancurkan peralatan boiler, berdampak negatif pada vegetasi dan organisme hidup.
Itulah sebabnya belerang adalah unsur kimia, yang keberadaannya dalam bahan bakar alami sangat tidak diinginkan. Saat masuk ke dalam ruang kerja, senyawa belerang menyebabkan keracunan yang signifikan pada personel operasi.
Ada tiga jenis abu tergantung pada asalnya:
- utama;
- sekunder;
- tersier.
Pandangan utama terbentuk dari mineral yang terdapat pada tumbuhan. Abu sekunder terbentuk sebagai akibat dari konsumsi residu tanaman oleh pasir dan tanah selama pembentukan formasi.
Abu tersier ternyata menjadi bagian dari bahan bakar dalam proses ekstraksi, penyimpanan, dan juga pengangkutannya. Dengan pengendapan abu yang signifikan, ada penurunan perpindahan panas pada permukaan pemanas unit boiler, mengurangi jumlah perpindahan panas ke air dari gas. Jumlah yang banyak abu berdampak negatif pada pengoperasian boiler.
Akhirnya
Zat yang mudah menguap memiliki dampak yang signifikan pada proses pembakaran semua jenis bahan bakar. Semakin besar outputnya, semakin besar volume bagian depan api. Misalnya, batu bara, gambut, mudah terbakar, prosesnya disertai dengan kehilangan panas yang tidak signifikan. Kokas yang tersisa setelah penghilangan pengotor yang mudah menguap hanya mengandung senyawa mineral dan karbon. Tergantung pada karakteristik bahan bakar, jumlah panas bervariasi secara signifikan.
Tergantung pada komposisi kimianya, tiga tahap pembentukan bahan bakar padat dibedakan: gambut, lignit, batubara.
Kayu alami digunakan di pabrik boiler kecil. Sebagian besar serpihan kayu, serbuk gergaji, lempengan, kulit kayu digunakan, kayu bakar itu sendiri digunakan dalam jumlah kecil. Tergantung pada jenis kayunya, jumlah panas yang dilepaskan sangat bervariasi.
Ketika nilai kalori menurun, kayu bakar memperoleh keuntungan tertentu: sifat mudah terbakar yang cepat, kandungan abu yang minimal, dan tidak adanya jejak belerang.
Informasi yang dapat dipercaya tentang komposisi bahan bakar alami atau sintetis, nilai kalornya, adalah cara yang bagus melakukan perhitungan termokimia.
Saat ini, ada peluang nyata untuk mengidentifikasi opsi utama bahan bakar padat, gas, cair yang akan menjadi yang paling efisien dan murah untuk digunakan dalam situasi tertentu.
