גז טבעי ערך קלורי mJ kg. גז טבעי והערך הקלורי שלו לשימוש ביתי

דלק גז מתחלק לטבעי ומלאכותי והוא תערובת של גזים דליקים ולא דליקים המכילים כמות מסוימת של אדי מים ולעיתים אבק וזפת. כמות דלק הגז מבוטאת במטר מעוקב בתנאים רגילים (760 מ"מ כספית ו-0 מעלות צלזיוס), וההרכב מבוטא כאחוז בנפח. הרכב הדלק מובן כהרכב החלק הגז היבש שלו.

דלק גז טבעי

דלק הגז הנפוץ ביותר הוא גז טבעי, בעל ערך קלורי גבוה. הבסיס של הגז הטבעי הוא מתאן, שתכולתו היא 76.7-98%. תרכובות פחמימנים גזיות אחרות כוללות גז טבעי בין 0.1 ל-4.5%.

גז נוזלי הוא תוצר של זיקוק נפט - הוא מורכב בעיקר מתערובת של פרופאן ובוטאן.

הרכב הגזים הדליקים כולל: מימן H2, מתאן CH4, תרכובות פחמימנים אחרות CmHn, מימן גופרתי H2S וגזים לא דליקים, פחמן דו חמצני CO2, חמצן O2, חנקן N2 וכמות קטנה של אדי מים H2O. Mו פב-C ו-H מאפיינות תרכובות של פחמימנים שונים, למשל עבור מתאן CH 4 t = 1 ו נ= 4, עבור אתאן C 2 N b t = 2ו נ= b וכו'.

הרכב דלק גזי יבש (אחוז בנפח):

CO + H 2 + 2 C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 = 100%.

החלק הבלתי דליק של דלק גז יבש - נטל - מורכב מחנקן N ופחמן דו חמצני CO 2.

הרכב הדלק הגזי הרטוב מתבטא באופן הבא:

CO + H 2 + Σ C m H n + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O = 100%.

חום הבעירה, kJ/m (kcal/m3), 1 m3 של גז יבש טהור בתנאים רגילים נקבע באופן הבא:

Q n s = 0.01,

כאשר Qso, Q n 2, Q c m n n Q n 2 ס. - חום בעירה של גזים בודדים הכלולים בתערובת, kJ/m 3 (kcal/m 3); CO, H 2, Cm H n, H 2 S - רכיבים המרכיבים את תערובת הגז, % בנפח.

הערך הקלורי של 1 מ"ק גז טבעי יבש בתנאים רגילים עבור רוב השדות הביתיים הוא 33.29 - 35.87 MJ/m3 (7946 - 8560 קק"ל/מ"ק). מאפיינים של דלק גזי ניתנים בטבלה 1.

דוגמא.קבע את הערך הקלורי הנמוך של גז טבעי (בתנאים רגילים) בהרכב הבא:

H 2 S = 1%; CH 4 = 76.7%; C 2 H 6 = 4.5%; C 3 H 8 = 1.7%; C 4 H 10 = 0.8%; C 5 H 12 = 0.6%.

החלפת המאפיינים של גזים מטבלה 1 בנוסחה (26), נקבל:

Q ns = 0.01 = 33981 kJ/m 3 או

Q ns = 0.01 (5585.1 + 8555 76.7 + 15 226 4.5 + 21 795 1.7 + 28 338 0.8 + 34 890 0.6) = 8109 קק"ל/מ"ק.

שולחן 1. מאפיינים של דלק גזי

תהליך הגיזוז של דלק מוצק מוצג בניסוי מעבדה (איור 1). לאחר שמילאנו את הצינור העקשן בחתיכות פחם, אנו מחממים אותו חזק ונותנים לחמצן לעבור מהגזומטר. בוא נעביר את הגזים היוצאים מהצינור דרך מכונת כביסה עם מי סיד ואז נעלה אותו באש. מי הסיד נעשים עכורים והגז בוער בלהבה כחלחלה. זה מצביע על נוכחות של CO2 דו חמצני ופחמן חד חמצני CO בתוצרי התגובה.

ניתן להסביר את היווצרותם של חומרים אלה על ידי העובדה שכאשר חמצן בא במגע עם פחם חם, האחרון מתחמצן לראשונה לפחמן דו חמצני: C + O 2 = CO 2

לאחר מכן, עובר דרך פחם חם, פחמן דו חמצני מופחת חלקית לפחמן חד חמצני: CO 2 + C = 2CO

מה זה דלק?

זהו מרכיב אחד או תערובת של חומרים המסוגלים לבצע טרנספורמציות כימיות הקשורות לשחרור חום. סוגים שוניםדלקים שונים בתכולתם הכמותית של מחמצן, המשמש לשחרור אנרגיה תרמית.

במובן הרחב, דלק הוא נושא אנרגיה, כלומר סוג פוטנציאלי של אנרגיה פוטנציאלית.

מִיוּן

כיום, סוגי הדלק מחולקים לפי מצב הצבירה שלהם לנוזל, מוצק וגזי.

למוצק מראה טבעיכוללים אבן ועצי הסקה, אנתרציט. לבנים, קולה, תרמואנטרציט הם סוגים של דלק מלאכותי מוצק.

נוזלים כוללים חומרים המכילים חומרים ממקור אורגני. המרכיבים העיקריים שלהם הם: חמצן, פחמן, חנקן, מימן, גופרית. דלק נוזלי מלאכותי יהיה מגוון של שרפים ומזוט.

זוהי תערובת של גזים שונים: אתילן, מתאן, פרופאן, בוטאן. בנוסף להם, דלק גזי מכיל פחמן דו חמצני ופחמן חד חמצני, מימן גופרתי, חנקן, אדי מים וחמצן.

מחווני דלק

האינדיקטור העיקרי לבעירה. הנוסחה לקביעת הערך הקלורי נחשבת בתרמוכימיה. להדגיש" דלק סטנדרטי", מה שמרמז על חום הבעירה של קילוגרם אחד של אנתרציט.

שמן הסקה ביתי מיועד לבעירה במכשירי חימום בעלי הספק נמוך, הממוקמים בחצרים למגורים, מחוללי חום המשמשים ב חַקלָאוּתלייבוש הזנה, שימורים.

חום הבעירה הסגולי של דלק הוא ערך המדגים את כמות החום שנוצרת במהלך הבעירה המלאה של דלק בנפח של 1 מ' 3 או מסה של קילוגרם אחד.

כדי למדוד ערך זה משתמשים ב-J/kg, J/m3, קלוריה/m3. כדי לקבוע את חום הבעירה, נעשה שימוש בשיטת הקלורימטריה.

עם עלייה בחום הבעירה הסגולי של הדלק, צריכת הדלק הספציפית יורדת, והמקדם פעולה שימושיתנותר ללא שינוי.

חום הבעירה של חומרים הוא כמות האנרגיה המשתחררת במהלך חמצון של חומר מוצק, נוזלי או גזי.

זה נקבע על ידי ההרכב הכימי, כמו גם מצב הצבירה של החומר הדליק.

תכונות של מוצרי בעירה

הערכים הקלוריים הגבוהים והנמוכים יותר קשורים למצב הצבירה של המים בחומרים המתקבלים לאחר שריפה של דלק.

הערך הקלורי הגבוה יותר הוא כמות החום המשתחררת במהלך בעירה מלאה של חומר. ערך זה כולל גם את חום העיבוי של אדי מים.

חום הבעירה הנמוך ביותר הוא הערך התואם לשחרור חום במהלך הבעירה מבלי לקחת בחשבון את חום העיבוי של אדי מים.

החום הסמוי של עיבוי הוא כמות האנרגיה של עיבוי אדי מים.

קשר מתמטי

הערכים הקלוריים הגבוהים והנמוכים יותר קשורים בקשר הבא:

QB = QH + k(W + 9H)

כאשר W הוא כמות המשקל (ב%) של מים בחומר דליק;

H הוא כמות המימן (% במסה) בחומר הדליק;

k - מקדם שווה ל-6 קק"ל/ק"ג

שיטות לביצוע חישובים

הערכים הקלוריים הגבוהים והנמוכים יותר נקבעים בשתי שיטות עיקריות: חישוב וניסוי.

קלורימטרים משמשים לביצוע חישובים ניסיוניים. ראשית, שורפים בו דגימת דלק. החום שישתחרר נספג לחלוטין במים. אם יש לך מושג על מסת המים, אתה יכול לקבוע לפי השינוי בטמפרטורה שלהם את ערך חום הבעירה שלהם.

טכניקה זו נחשבת לפשוטה ויעילה; היא דורשת רק ידע בנתוני ניתוח טכני.

בשיטת החישוב, הערכים הקלוריים הגבוהים והנמוכים יותר מחושבים באמצעות נוסחת מנדלייב.

Q p H = 339C p +1030H p -109(O p -S p) - 25 W p (kJ/kg)

זה לוקח בחשבון את התוכן של פחמן, חמצן, מימן, אדי מים, גופרית בהרכב העבודה (באחוזים). כמות החום במהלך הבעירה נקבעת תוך התחשבות בדלק המקביל.

חום הבעירה של הגז מאפשר לבצע חישובים ראשוניים ולקבוע את יעילות השימוש בסוג מסוים של דלק.

תכונות של מוצא

כדי להבין כמה חום משתחרר כאשר דלק מסוים נשרף, יש צורך לקבל מושג על מקורו.

בטבע יש גרסאות שונותדלקים מוצקים, הנבדלים בהרכב ובמאפיינים.

היווצרותו מתרחשת במספר שלבים. תחילה נוצר כבול, ואז הוא הופך לחום ו פֶּחָם, ואז נוצר אנתרציט. המקורות העיקריים להיווצרות דלק מוצק הם עלים, עץ ומחטי אורן. כאשר חלקי צמחים מתים ונחשפים לאוויר, הם נהרסים על ידי פטריות ויוצרים כבול. הצטברותו הופכת למסה חומה, ואז מתקבל גז חום.

בְּ לחץ דם גבוהוטמפרטורה, גז חום הופך לפחם, ואז הדלק מצטבר בצורה של אנתרציט.

בנוסף לחומר האורגני, הדלק מכיל נטל נוסף. אורגני נחשב לחלק שנוצר מחומרים אורגניים: מימן, פחמן, חנקן, חמצן. בנוסף ליסודות כימיים אלה, הוא מכיל נטל: לחות, אפר.

טכנולוגיית בעירה כוללת הפרדה של המסה העובדת, היבשה והדליקה של דלק שרוף. מסת העבודה היא הדלק בצורתו המקורית המסופק לצרכן. מסה יבשה היא הרכב שאין בו מים.

מתחם

הרכיבים היקרים ביותר הם פחמן ומימן.

אלמנטים אלה כלולים בכל סוג של דלק. בכבול ובעץ אחוז הפחמן מגיע ל-58 אחוז, בפחם קשה וחום – 80%, ובאנטרציט מגיע ל-95 אחוז במשקל. בהתאם לאינדיקטור זה, כמות החום המשתחררת במהלך שריפת הדלק משתנה. מימן הוא המרכיב השני בחשיבותו בכל דלק. כאשר הוא נקשר עם חמצן, הוא יוצר לחות, אשר מפחית באופן משמעותי את הערך התרמי של כל דלק.

האחוז שלו נע בין 3.8 בפצלי שמן ל-11 במזוט. החמצן הכלול בדלק משמש כנטל.

זה לא מייצר חום יסוד כימי, לכן משפיע לרעה על ערך חום הבעירה שלו. שריפה של חנקן הכלול חופשי או צורה כרוכהבמוצרי בעירה, נחשב לזיהומים מזיקים, כך שכמותו מוגבלת בבירור.

גופרית נכללת בדלק בצורה של סולפטים, סולפידים וגם כגזי דו תחמוצת הגופרית. כאשר הם מוזלים, תחמוצות הגופרית יוצרות חומצה גופרתית, אשר הורסת ציוד לדודים, משפיע לרעה על צמחייה ואורגניזמים חיים.

לכן גופרית היא יסוד כימי שנוכחותו בדלק טבעי מאוד לא רצויה. אם תרכובות גופרית נכנסות לאזור העבודה, הן גורמות להרעלה משמעותית של אנשי ההפעלה.

ישנם שלושה סוגי אפר בהתאם למקורו:

• יְסוֹדִי;
• מִשׁנִי;
• שלישי

התצוגה הראשונית נוצרת מתוך מינרלים, הכלולים בצמחים. אפר משני נוצר כתוצאה משאריות צמחים הנכנסות לחול ולאדמה במהלך היווצרותו.

אפר שלישוני מופיע בהרכב הדלק במהלך מיצוי, אחסון ושינוע. עם שקיעת אפר משמעותית, מתרחשת ירידה בהעברת החום על משטח החימום של יחידת הדוד, ומפחיתה את כמות העברת החום למים מגזים. כמות עצומה של אפר משפיעה לרעה על פעולת הדוד.

סוף כל סוף

השפעה משמעותית על תהליך הבעירה של כל סוג של דלק מופעלת על ידי נדיפים. ככל שתפוקתם גדולה יותר, כך נפח חזית הלהבה יהיה גדול יותר. לדוגמה, פחם וכבול נדלקים בקלות, התהליך מלווה בהפסדי חום קלים. הקוקס שנשאר לאחר הסרת זיהומים נדיפים מכיל רק תרכובות מינרלים ופחמן. בהתאם למאפייני הדלק, כמות החום משתנה באופן משמעותי.

תלוי ב תרכובת כימיתישנם שלושה שלבים של היווצרות דלק מוצק: כבול, פחם חום ופחם.

עץ טבעי משמש במתקני דוודים קטנים. הם משתמשים בעיקר בשבבי עץ, נסורת, לוחות, קליפות עץ, ועצי הסקה עצמם משמשים בכמויות קטנות. בהתאם לסוג העץ, כמות החום שנוצרת משתנה באופן משמעותי.

ככל שחום הבעירה פוחת, עצי הסקה רוכשים יתרונות מסוימים: דליקות מהירה, תכולת אפר מינימלית והיעדר עקבות של גופרית.

מידע אמין על ההרכב של דלק טבעי או סינתטי, הערך הקלורי שלו, הוא בצורה נהדרתביצוע חישובים תרמוכימיים.

מופיע כרגע הזדמנות אמיתיתזיהוי האפשרויות העיקריות לדלקים מוצקים, גזים, נוזליים שיהיו היעילים והזולים ביותר לשימוש במצב מסוים.

כל יום, כשהם מדליקים את המבער על הכיריים במטבח, מעטים חושבים על כמה זמן החל ייצור הגז. בארצנו, התפתחותו החלה במאה העשרים. לפני כן, זה פשוט נמצא במהלך הפקת מוצרי נפט. ערך קלוריהיצע הגז הטבעי הוא כל כך גדול שכיום חומר הגלם הזה הוא פשוט שאין לו תחליף, והאנלוגים האיכותיים שלו עדיין לא פותחו.

טבלת הערכים הקלוריים תעזור לכם לבחור דלק לחימום הבית

תכונות של דלק מאובנים

גז טבעי הוא דלק מאובנים חשוב שתופס עמדה מובילה במאזני הדלק והאנרגיה של מדינות רבות. על מנת לספק דלק לערים ולמפעלים טכניים שונים, הם צורכים גזים דליקים שונים, שכן גז טבעי נחשב מסוכן.

שוחרי איכות הסביבה מאמינים שגז הוא הדלק הנקי ביותר; כשהוא נשרף, הוא פולט הרבה פחות חומרים רעיליםמאשר עצי הסקה, פחם, שמן. דלק זה נמצא בשימוש יומיומי על ידי אנשים ומכיל תוסף כגון חומר ריח; הוא מתווסף במתקנים מצוידים ביחס של 16 מיליגרם לאלף מ"ק גז.

מרכיב חשוב של החומר הוא מתאן (כ-88-96%), השאר הוא כימיקלים אחרים:

• גָז בּוטָאן;
• מימן גופרתי;
• פרופאן;
• חַנקָן;
• חַמצָן.

בסרטון זה נסתכל על תפקיד הפחם:

כמות המתאן בדלק טבעי תלויה ישירות בהפקדתו.

סוג הדלק המתואר מורכב ממרכיבים פחמימנים ובלתי פחמימנים. דלקים מאובנים טבעיים הם בעיקר מתאן, הכולל בוטאן ופרופאן. מלבד מרכיבי הפחמימנים, הדלק המאובנים המתואר מכיל חנקן, גופרית, הליום וארגון. גם אדי נוזלים נמצאים, אך רק בשדות גז ונפט.

סוגי פיקדונות

ישנם מספר סוגים של מרבצי גז. הם מחולקים לסוגים הבאים:

• גַז;
• שמן.

שֶׁלָהֶם תכונה ייחודיתהוא תכולת הפחמימנים. מרבצי גז מכילים כ-85-90% מהחומר הנוכחי, שדות נפט מכילים לא יותר מ-50%. את האחוזים הנותרים תופסים חומרים כמו בוטאן, פרופאן ושמן.

חסרון עצום של הפקת נפט הוא השטיפה שלו סוגים שוניםתוספים גופרית משמשת כטומאה במפעלים טכניים.

צריכת גז טבעי

בוטאן נצרך כדלק בתחנות דלק לרכב, וחומר אורגני בשם פרופאן משמש למילוי מציתים. אצטילן הוא חומר דליק ביותר ומשמש לריתוך וחיתוך מתכת.

דלקים מאובנים משמשים בחיי היומיום:

• עמודים;
• תנור גז;

סוג זה של דלק נחשב לזול ביותר ולא מזיק, החיסרון היחיד הוא פליטות פחמן דו חמצניכאשר נשרפים באטמוספירה. מדענים בכל רחבי כדור הארץ מחפשים תחליף לאנרגיה תרמית.

ערך קלורי

הערך הקלורי של גז טבעי הוא כמות החום שנוצרת כאשר יחידת דלק נשרפת מספיק. כמות החום המשתחררת במהלך הבעירה מתייחסת למטר מעוקב אחד שנלקח בתנאים טבעיים.

הקיבולת התרמית של גז טבעי נמדדת באינדיקטורים הבאים:

• kcal/nm 3 ;
• קק"ל/מ"ק.

יש ערך קלורי גבוה ונמוך:

1. גָבוֹהַ. מתייחס לחום של אדי מים הנוצרים במהלך שריפת הדלק.
2. נָמוּך. זה לא לוקח בחשבון את החום הכלול אדי מים, שכן אדים כאלה אינם מתעבים, אלא עוזבים עם מוצרי בעירה. עקב הצטברות אדי מים, הוא יוצר כמות חום השווה ל-540 קק"ל/ק"ג. בנוסף, כאשר הקונדנסט מתקרר, יוצא חום מ-80 למאה קק"ל/ק"ג. באופן כללי, עקב הצטברות אדי מים, נוצרים יותר מ-600 קק"ל/ק"ג, זוהי תכונת ההבחנה בין תפוקת חום גבוהה לנמוכה.

עבור הרוב המכריע של הגזים הנצרכים במערכת חלוקת הדלק העירונית, ההפרש שווה ערך ל-10%. על מנת לספק לערים גז, הערך הקלורי שלו חייב להיות יותר מ-3500 קק"ל/ננומטר 3 . זה מוסבר על ידי העובדה שהאספקה ​​מתבצעת דרך צינור למרחקים ארוכים. אם הערך הקלורי נמוך, אז ההיצע שלו גדל.

אם הערך הקלורי של גז טבעי נמוך מ-3500 קק"ל/ננומטר 3, הוא משמש לעתים קרובות יותר בתעשייה. אין צורך לשנע אותו למרחקים ארוכים, והבעירה הופכת להרבה יותר קלה. שינויים רציניים בערך הקלורי של הגז דורשים התאמה תכופה ולעיתים החלפה כמות גדולהמבערים סטנדרטיים של חיישנים ביתיים, מה שמוביל לקשיים.

מצב זה מוביל לעלייה בקטרים ​​של צינורות הגז, כמו גם עלויות מוגברות עבור מתכת, התקנת רשת ותפעול. החיסרון הגדול של דלקים מאובנים דלי קלוריות הוא התכולה העצומה פחמן חד חמצני, בקשר לכך, רמת האיום במהלך תפעול הדלק ותחזוקת הצינורות, בתורו, כמו גם הציוד, עולה.

החום המשתחרר במהלך הבעירה, שאינו עולה על 3500 קק"ל/ננומטר 3, משמש לרוב ב ייצור תעשייתי, שבו אין צורך להעבירו למרחק רב ולגרום בקלות לבעירה.

חום הבעירה נקבע לפי ההרכב הכימי של החומר הדליק. היסודות הכימיים הכלולים בחומר דליק מסומנים בסמלים מקובלים עם , נ , על אודות , נ , ס, ואפר ומים הם סמלים או Wבהתאמה.

יוטיוב אנציקלופדית

• 1 / 5

  חום הבעירה יכול להיות קשור למסת העבודה של החומר הדליק Q P (\displaystyle Q^(P)), כלומר, לחומר הדליק בצורה שבה הוא מגיע לצרכן; למשקל היבש של החומר Q C (\displaystyle Q^(C)); למסה דליקה של חומר Q Γ (\displaystyle Q^(\Gamma )), כלומר לחומר דליק שאינו מכיל לחות ואפר.

  יש גבוהים יותר ( Q B (\displaystyle Q_(B))) ומטה ( Q H (\displaystyle Q_(H))) חום בעירה.

  תַחַת ערך קלורי גבוה יותרלהבין את כמות החום המשתחררת במהלך בעירה מלאה של חומר, כולל חום העיבוי של אדי מים בעת קירור תוצרי הבעירה.

  ערך קלורי נטומתאים לכמות החום המשתחררת בעת בעירה מלאה, מבלי לקחת בחשבון את חום העיבוי של אדי מים. חום העיבוי של אדי מים נקרא גם חום אידוי סמוי (עיבוי).

  הערכים הקלוריים הנמוכים והגבוהים יותר קשורים בקשר: Q B = Q H + k (W + 9 H) (\displaystyle Q_(B)=Q_(H)+k(W+9H)),

  כאשר k הוא מקדם השווה ל-25 קילו-ג'יי/ק"ג (6 קק"ל/ק"ג); W הוא כמות המים בחומר הדליק, % (במסה); H הוא כמות המימן בחומר בעירה, % (במסה).

  חישוב ערך קלורי

  לפיכך, הערך הקלורי הגבוה יותר הוא כמות החום המשתחררת במהלך בעירה מלאה של יחידת מסה או נפח (עבור גז) של חומר בעירה וקירור תוצרי הבעירה לטמפרטורת נקודת הטל. בחישובי הנדסה תרמית, הערך הקלורי הגבוה יותר נלקח כ-100%. חום הבעירה הסמוי של גז הוא החום המשתחרר במהלך עיבוי אדי המים המצויים בתוצרי הבעירה. תיאורטית, זה יכול להגיע ל-11%.

  בפועל, לא ניתן לקרר את תוצרי הבעירה עד לעיבוי מוחלט, ולכן הוכנס המושג של ערך קלורי נמוך יותר (QHp), המתקבל בהפחתה מ. חום עליוןחום בעירה של אידוי של אדי מים גם הכלולים בחומר וגם אלו שנוצרו במהלך הבעירה שלו. אידוי של 1 ק"ג אדי מים דורש 2514 קילו-ג'יי/ק"ג (600 קק"ל/ק"ג). הערך הקלורי הנמוך נקבע על ידי הנוסחאות (kJ/kg או kcal/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))(לחומר מוצק)

  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))(ל חומר נוזלי), איפה:

  2514 - חום אידוי בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס ולחץ אטמוספרי, kJ/kg;

  H P (\displaystyle H^(P))ו W P (\displaystyle W^(P))- תכולת מימן ואדי מים בדלק העבודה, %;

  9 הוא מקדם המראה ששריפה של 1 ק"ג מימן בשילוב עם חמצן מייצרת 9 ק"ג מים.

  חום הבעירה הוא הכי הרבה מאפיין חשובדלק, שכן הוא קובע את כמות החום המתקבלת משריפת 1 ק"ג של דלק מוצק או נוזלי או 1 m³ של דלק גזי ב-kJ/kg (kcal/kg). 1 קק"ל = 4.1868 או 4.19 קילו-ג'יי.

  הערך הקלורי התחתון נקבע בניסוי עבור כל חומר ומהווה ערך ייחוס. זה יכול להיקבע גם עבור חומרים מוצקים ונוזליים, בעלי הרכב יסודי ידוע, על ידי חישוב בהתאם לנוסחה של D.I. Mendeleev, kJ/kg או kcal/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^5(P)\12 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)), איפה:

  C P (\displaystyle C_(P)), H P (\displaystyle H_(P)), O P (\displaystyle O_(P)), S L P (\displaystyle S_(L)^(P)), W P (\displaystyle W_(P))- תכולת פחמן, מימן, חמצן, גופרית נדיפה ולחות במסת העבודה של הדלק באחוזים (במשקל).

  לחישובים השוואתיים, נעשה שימוש בדלק קונבנציונלי כביכול, בעל חום בעירה ספציפי השווה ל-29308 קילו-ג'יי/ק"ג (7000 קק"ל/ק"ג).

  ברוסיה, חישובים תרמיים (לדוגמה, חישוב העומס התרמי לקביעת הקטגוריה של החדר במונחים של סכנת פיצוץ ואש) מתבצעים בדרך כלל על פי חום נמוך יותרבעירה, בארה"ב, בריטניה, צרפת - ברמה הגבוהה ביותר. בבריטניה ובארה"ב לפני כניסת מערכת המדדים המטרית חום ספציפיהבעירה נמדדה ביחידות תרמיות בריטיות (BTU) לכל פאונד (lb) (1Btu/lb = 2.326 קילו-ג'יי/ק"ג).

  חומרים וחומרים	ערך קלורי נטו Q H P (\displaystyle Q_(H)^(P)), MJ/kg
  בֶּנזִין	41,87
  נֵפט	43,54
  נייר: ספרים, מגזינים	13,4
  עץ (בלוקים W = 14%)	13,8
  גומי טבעי	44,73
  פוליוויניל כלוריד לינוליאום	14,31
  גוּמִי	33,52
  סיבים בסיסיים	13,8
  פוליאתילן	47,14
  פוליסטירן מורחב	41,6
  כותנה התרופפה	15,7
  פלסטי	41,87

  5. מאזן תרמי של בעירה

  הבה נבחן שיטות לחישוב מאזן החום של תהליך הבעירה של גזים, נוזלים ו דלקים מוצקים. החישוב מסתכם בפתרון הבעיות הבאות.

  · קביעת חום הבעירה (ערך קלורי) של דלק.

  · קביעת טמפרטורת בעירה תיאורטית.

  5.1. חום בעירה

  תגובות כימיות מלוות בשחרור או בספיגה של חום. כאשר חום משתחרר, התגובה נקראת אקסותרמית, וכאשר חום נספג היא נקראת אנדותרמית. כל תגובות הבעירה הן אקסותרמיות, ומוצרי הבעירה הם תרכובות אקסותרמיות.

  משתחרר (או נספג) במהלך הזרימה תגובה כימיתחום נקרא חום התגובה. בתגובות אקסותרמיות זה חיובי, בתגובות אנדותרמיות זה שלילי. תגובת הבעירה תמיד מלווה בשחרור חום. חום בעירה ש ג(J/mol) היא כמות החום המשתחררת במהלך בעירה מלאה של שומה אחת של חומר והפיכה של חומר בעירה לתוצרים של בעירה מלאה. השומה היא יחידת ה-SI הבסיסית של כמות של חומר. שומה אחת היא כמות החומר שמכילה את אותו מספר של חלקיקים (אטומים, מולקולות וכו') כמו שיש אטומים ב-12 גרם של איזוטופ פחמן-12. המסה של כמות חומר השווה למול 1 (מולקולרית או מסה מולארית) עולה בקנה אחד עם המסה המולקולרית היחסית של חומר נתון.

  לדוגמה, המשקל המולקולרי היחסי של חמצן (O 2) הוא 32, פחמן דו חמצני (CO 2) הוא 44, והמשקלים המולקולריים המתאימים יהיו M = 32 גרם/מול ו-M = 44 גרם/מול. לפיכך, שומה אחת של חמצן מכילה 32 גרם של חומר זה, ושומה אחת של CO 2 מכילה 44 גרם פחמן דו חמצני.

  בחישובים טכניים, לא חום הבעירה משמש לרוב. ש ג, והערך הקלורי של הדלק ש(J/kg או J/m 3). הערך הקלורי של חומר הוא כמות החום המשתחררת בעת בעירה מלאה של 1 ק"ג או 1 מ"ר של חומר. עבור חומרים נוזליים ומוצקים, החישוב מתבצע לכל 1 ק"ג, ולגבי חומרים גזים - לכל 1 מ"ר.

  יש צורך בידע על חום הבעירה והערך הקלורי של הדלק כדי לחשב את טמפרטורת הבעירה או הפיצוץ, לחץ הפיצוץ, מהירות התפשטות הלהבה ומאפיינים נוספים. הערך הקלורי של הדלק נקבע בניסוי או בחישוב. כאשר קובעים בניסוי את הערך הקלורי, מסה נתונה של דלק מוצק או נוזלי נשרפת בפצצה קלורית, ובמקרה של דלק גזי, בקלורימטר גז. מכשירים אלה מודדים את החום הכולל ש 0 משתחרר במהלך בעירה של דגימה של שקילת דלק M. ערך קלורי ש גנמצא על ידי הנוסחה

  הקשר בין חום הבעירה לבין
  ערך קלורי של דלק

  כדי ליצור קשר בין חום הבעירה לבין הערך הקלורי של חומר, יש צורך לרשום את המשוואה לתגובה הכימית של בעירה.

  התוצר של בעירה מלאה של פחמן הוא פחמן דו חמצני:

  C+O2 →CO2.

  התוצר של בעירה מלאה של מימן הוא מים:

  2H 2 +O 2 →2H 2 O.

  התוצר של בעירה מלאה של גופרית הוא דו תחמוצת הגופרית:

  S +O 2 →SO 2.

  במקרה זה, חנקן, הלוגנים ואלמנטים בלתי דליקים אחרים משתחררים בצורה חופשית.

  חומר בעירה - גז

  כדוגמה, הבה נחשב את הערך הקלורי של מתאן CH 4, שחום הבעירה עבורו שווה ל ש ג=882.6 .

  · בואו נקבע את המשקל המולקולרי של מתאן בהתאם לו נוסחה כימית(SN 4):

  M=1∙12+4∙1=16 גרם/מול.

  · בואו נקבע את הערך הקלורי של 1 ק"ג מתאן:

  · בואו נמצא את הנפח של 1 ק"ג של מתאן, לדעת את הצפיפות שלו ρ=0.717 ק"ג/מ"ק בתנאים רגילים:

  .

  · בואו נקבע את הערך הקלורי של 1 מ"ר של מתאן:

  הערך הקלורי של כל גזים דליקים נקבע באופן דומה. עבור חומרים נפוצים רבים, חום בעירה וערכים קלוריות נמדדו בדיוק גבוה והם ניתנים בספרות ההתייחסות הרלוונטית. להלן טבלה של הערכים הקלוריים של כמה חומרים גזים (טבלה 5.1). עוצמה שבטבלה זו ניתן ב-MJ/m 3 וב-kcal/m 3, שכן 1 kcal = 4.1868 kJ משמש לעתים קרובות כיחידת חום.

  טבלה 5.1

  ערך קלורי של דלקים גזים

  חומר			אֲצֵיטִילֵן
  ש

  חומר בעירה - נוזל או מוצק

  כדוגמה, הבה נחשב את הערך הקלורי של אלכוהול אתילי C 2 H 5 OH, שעבורו חום הבעירה הוא ש ג= 1373.3 קילו ג'ל/מול.

  · בואו נקבע את המשקל המולקולרי של אלכוהול אתילי בהתאם לנוסחה הכימית שלו (C 2 H 5 OH):

  M = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1∙1 = 46 גרם/מול.

  בואו נקבע את הערך הקלורי של 1 ק"ג של אלכוהול אתילי:

  הערך הקלורי של כל חומר בעירה נוזלי ומוצק נקבע באופן דומה. בשולחן 5.2 ו-5.3 מציגים את הערכים הקלוריים ש(MJ/kg ו-kcal/kg) עבור חלק מהנוזלים והמוצקים.

  טבלה 5.2

  ערך קלורי של דלקים נוזליים

  חומר		מתיל אלכוהול	אתנול			מזוט, שמן
  ש

  טבלה 5.3

  ערך קלורי של דלקים מוצקים

  חומר		העץ טרי	עץ יבש	פחם חום	כבול יבש	אנתרציט, קולה
  ש

  הנוסחה של מנדלייב

  אם הערך הקלורי של הדלק אינו ידוע, ניתן לחשב אותו באמצעות הנוסחה האמפירית שהוצעה על ידי D.I. מנדלייב. כדי לעשות זאת, אתה צריך לדעת את הרכב היסודות של הדלק (נוסחת דלק שווה ערך), כלומר, אחוז התוכן של היסודות הבאים בו:

  חמצן (O);

  מימן (H);

  פחמן (C);

  גופרית (S);

  אפר (א);

  מים (W).

  מוצרי בעירה דלק תמיד מכילים אדי מים, נוצר הן עקב נוכחות של לחות בדלק והן במהלך בעירה של מימן. פסולת תוצרי בעירה עוזבת מפעל תעשייתי בטמפרטורה מעל נקודת הטל. לכן, החום המשתחרר במהלך עיבוי אדי המים אינו יכול לשמש שימוש מועיל ואין לקחת אותו בחשבון בחישובים תרמיים.

  הערך הקלורי נטו משמש בדרך כלל לחישוב Q nדלק, אשר לוקח בחשבון הפסדי חום עם אדי מים. עבור דלקים מוצקים ונוזלים הערך Q n(MJ/kg) נקבע בערך על ידי נוסחת מנדלייב:

  Q n=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

  כאשר אחוז התוכן (משקל) של היסודות המתאימים בהרכב הדלק מצוין בסוגריים.

  נוסחה זו לוקחת בחשבון את החום של תגובות בעירה אקזותרמיות של פחמן, מימן וגופרית (עם סימן פלוס). החמצן הכלול בדלק מחליף חלקית את החמצן באוויר, ולכן המונח המקביל בנוסחה (5.1) נלקח עם סימן מינוס. כאשר הלחות מתאדה, חום נצרך, ולכן המונח המקביל המכיל W נלקח גם עם סימן מינוס.

  השוואה של נתונים מחושבים וניסויים על הערך הקלורי של דלקים שונים (עץ, כבול, פחם, נפט) הראתה שחישוב באמצעות נוסחת מנדלייב (5.1) נותן שגיאה שאינה עולה על 10%.

  ערך קלורי נטו Q n(MJ/m3) של גזים דליקים יבשים ניתן לחשב בדיוק מספיק כסכום התוצרים של הערך הקלורי של רכיבים בודדים ואחוז התוכן שלהם ב-1 m3 של דלק גזי.

  Q n= 0.108[Н 2 ] + 0.126[СО] + 0.358[СН 4 ] + 0.5[С 2 Н 2 ] + 0.234[Н 2 S ]…, (5.2)

  כאשר אחוז התוכן (נפח %) של הגזים המתאימים בתערובת מצוין בסוגריים.

  בממוצע, הערך הקלורי של גז טבעי הוא כ-53.6 MJ/m 3 . בגזים דליקים המיוצרים באופן מלאכותי, התוכן של מתאן CH4 אינו משמעותי. הרכיבים הדליקים העיקריים הם מימן H2 ופחמן חד חמצני CO. בגז תנור קוק, למשל, תכולת H2 מגיעה ל-(55 ÷ 60)%, והערך הקלורי התחתון של גז כזה מגיע ל-17.6 MJ/m3. גז המחולל מכיל CO ~ 30% ו- H 2 ~ 15%, בעוד שהערך הקלורי התחתון של גז המחולל הוא Q n= (5.2÷6.5) MJ/m3. תכולת CO ו-H 2 בגז כבשן פיצוץ נמוכה יותר; עוצמה Q n= (4.0÷4.2) MJ/m 3.

  בואו נסתכל על דוגמאות לחישוב הערך הקלורי של חומרים באמצעות נוסחת מנדלייב.

  הבה נקבע את הערך הקלורי של פחם, שהרכב היסודות שלו ניתן בטבלה. 5.4.

  טבלה 5.4

  הרכב יסודי של פחם

  · הבה נחליף את אלו המופיעים בטבלה. 5.4 נתונים בנוסחת מנדלייב (5.1) (חנקן N ואפר A אינם כלולים בנוסחה זו, מכיוון שהם חומרים אינרטיים ואינם משתתפים בתגובת הבעירה):

  Q n=0.339∙37.2+1.025∙2.6+0.1085∙0.6–0.1085∙12–0.025∙40=13.04 MJ/kg.

  הבה נקבע את כמות עצי ההסקה הנדרשת לחימום 50 ליטר מים מ-10 מעלות צלזיוס ל-100 מעלות צלזיוס, אם 5% מהחום המשתחרר במהלך הבעירה נצרך לחימום, ואת יכולת החום של המים עם=1 קק"ל/(ק"ג∙ מעלות) או 4.1868 קילו-ג'יי/(ק"ג∙דיג). ההרכב היסודי של עצי הסקה ניתן בטבלה. 5.5:

  טבלה 5.5

  הרכב יסודי של עצי הסקה

  	· בואו נמצא את הערך הקלורי של עצי הסקה באמצעות נוסחת מנדלייב (5.1): Q n=0.339∙43+1.025∙7–0.1085∙41–0.025∙7= 17.12 MJ/kg. · בואו נקבע את כמות החום המושקעת בחימום מים בעת שריפת 1 ק"ג עצי הסקה (בהתחשב בעובדה ש-5% מהחום (a = 0.05) המשתחרר במהלך הבעירה מושקע בחימוםם): ש 2 =א Q n=0.05·17.12=0.86 MJ/kg. · בואו נקבע את כמות עצי הסקה הנדרשת לחימום 50 ליטר מים מ-10°C ל-100°C: ק"ג. לפיכך, נדרשים כ-22 ק"ג עצי הסקה לחימום מים.