В исследовательских условиях низшая теплотворная способность принимается за 100 %, а топливо охлаждается до температуры, при которой пар начинает конденсироваться. Все остальное попадает в диапазон скрытой теплоты сгорания, которая может дополнительно превышать 10 %.
Удельная теплота сгорания топлива и горючих материалов
В таблицах приведены удельные теплоты сгорания для массы топлива (жидкого, твердого и газообразного) и некоторых других видов топлива. Рассматриваются следующие виды топлива: Уголь, дрова, кокс, торф, парафин, нефть, спирт, бензин, газ и т.д.
В ходе экзотермической реакции окисления топлива химическая энергия преобразуется в тепловую, выделяя определенное количество тепла. Произведенная тепловая энергия называется теплотой сгорания топлива. Он зависит от химического состава и содержания влаги и является самым важным показателем топлива. Теплотворная способность топлива, деленная на 1 кг или 1 м³ объема, является удельной теплотворной способностью массы или объема.
Удельная теплота сгорания топлива — это количество тепла, выделяемое при полном сгорании одной единицы массы или объема твердого, жидкого или газообразного топлива. В Международной системе единиц эта величина измеряется в Дж/кг или Дж/м3.
Удельная теплота сгорания может быть определена экспериментально или рассчитана аналитически. Экспериментальные методы определения теплотворной способности основаны на практическом измерении количества тепла, выделяемого при сгорании топлива, например, в калориметре с термостатом и бомбой для сжигания. Для топлива с известным химическим составом удельная теплота сгорания может быть определена по формуле Менделеева.
Различают высшую и низшую удельную теплоту сгорания. Верхняя теплота сгорания — это максимальное количество тепла, выделяемое при полном сгорании топлива, с учетом тепла, выделяемого при испарении влаги, содержащейся в топливе. Низшая теплота сгорания меньше, чем значение высшей теплоты конденсации водяного пара, образующегося из влаги в топливе и водорода в органических веществах, которые превращаются в воду во время сгорания.
Теплотворная способность, наиболее важная тепловая и эксплуатационная характеристика топлива, обычно используется для определения качества топлива и для тепловых расчетов и представлена в следующих таблицах.
Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)
В таблице приведена теплотворная способность сухого твердого топлива в МДж/кг. Виды топлива в таблице перечислены в алфавитном порядке по названиям.
Наибольшей теплотворной способностью среди перечисленных видов твердого топлива обладает гранулированный уголь, удельная теплота сгорания которого составляет 36,3 МДж/кг (или в единицах СИ 36,3-10,6 Дж/кг). Кроме того, каменный уголь, антрацит, древесный и бурый уголь имеют высокую теплотворную способность.
К видам топлива с низкой энергоэффективностью относятся древесина и дрова,
| Древесный уголь Экибастуз | 16,7 |
|---|---|
| Фретторф | Шотландия |
| 27,5 | Удельная теплота сгорания жидкого топлива и некоторых других органических жидкостей приведена в таблице. Следует отметить, что такие виды топлива, как бензин, парафин, дизельное топливо и бензин, имеют высокую теплотворную способность при сгорании. |
| Удельная теплота сгорания спирта и ацетона намного ниже, чем у традиционных видов топлива. Кроме того, жидкое ракетное топливо и этиленгликоль имеют относительно низкую теплотворную способность — при сгорании 1 кг этих углеводородов выделяется количество тепла 9,2 и 13,3 МДж соответственно. | Топливо |
| Удельная теплота сгорания, МДж/кг | Ацетон |
| 31,4 | Бензин А-72 (ГОСТ 2084-67) |
| 44,2 | Авиационное топливо Б-70 (ГОСТ 1012-72) |
| 44,1 | Бензин АИ-93 (ГОСТ 2084-67) |
| 43,6 | 3,8 |
| Бензол | 40,6 |
| Зимнее дизельное топливо (ГОСТ 305-73) | 43,6 |
| Летнее дизельное топливо (ГОСТ 305-73) | 43,4 |
| Жидкое ракетное топливо (парафин + жидкий кислород) | Авиационный парафин |
| 42,9 | Освещение парафином (ГОСТ 4753-68) |
| 43,7 | Ксилол |
| 43,2 | Мазут с высоким содержанием серы |
| Мазут с низким содержанием серы | 40,5 |
| Мазут с низким содержанием серы | 41,7 |
| Сульфид мазута | 25 |
| 39,6 | Метиловый спирт (метанол) |
| 21,1 | N-бутиловый спирт |
| 36,8 | 27 |
| Сырая нефть | 43,5…46 |
| Метановая нефть | 21,5 |
| Толуол | 40,9 |
| Уайт-спирит (ГОСТ 313452) | Этиленгликоль |
| 13,3 | 8,1 |
| Этиловый спирт (этанол) | 30,6 |
Удельная теплота сгорания жидкого топлива (спирта, бензина, керосина, нефти)
Благодаря химическим реакциям в природе существует множество различных веществ.
Примечание: Химики называют сложные вещества, состоящие из атомов различных химических элементов, химическими соединениями.
| Древесный уголь Экибастуз | 16,7 |
|---|---|
| Скорость молекул зависит от температуры. Чем быстрее движутся молекулы, тем чаще они сталкиваются. А когда количество столкновений увеличивается, химические реакции протекают быстрее. Поэтому температура вещества влияет на химические реакции. | Рисунок 1. Все химические реакции можно разделить на те, которые поглощают тепловую энергию (эндотермические реакции), и те, которые выделяют энергию (экзотермические реакции). |
| При некоторых химических реакциях происходит поглощение тепловой энергии. Такие реакции называются эндотермическими (см. рис. 1). | Примерами эндотермических процессов являются плавление или парообразование. |
| В других реакциях происходит высвобождение энергии. Такие химические реакции называются экзотермическими. | К экзотермическим процессам относятся, например, конденсация или кристаллизация. |
| Примечание: Термины «эндотермический» и «экзотермический» пришли из древнегреческого языка. В греческом языке «эндо» означает внутри, «экзо» — снаружи, а «термо» — тепло. | Во время горения температура резко повышается и выделяется большое количество тепловой энергии (тепла). Поэтому горение является экзотермическим процессом. |
| Одного присутствия топлива и кислорода в окружающем воздухе недостаточно для воспламенения топлива. Во-первых, топливо должно быть нагрето до температуры, при которой оно воспламенится. Для предварительного нагрева мы используем источник зажигания. Например, спички, зажигалка и т.д. | Примечание: Для того чтобы произошло сгорание, топливо сначала должно быть нагрето до температуры, обеспечивающей воспламенение. |
| Например, бумага, нагретая до 233 градусов Цельсия, или дерево, нагретое до 300 градусов Цельсия, могут воспламениться сами по себе. | Во время горения температура резко повышается и выделяется большое количество тепловой энергии (тепла). Поэтому горение является экзотермическим процессом. |
| Горячие газы, образующиеся при горении топлива, светятся при высоких температурах. Они образуют яркий ореол вокруг горящего топлива. Этот ореол называется пламенем. Пламя можно разделить на слои. Температура этих слоев пламени различна. Чем ярче пламя, чем ближе к белому, тем выше температура. | Рисунок 3. Выделяющиеся при горении газы раскаляются и образуют пламя, которое можно разделить на слои в зависимости от степени нагрева. |
| Мы уже знаем, что при сгорании выделяется тепло (тепловая энергия). | 9,2 |
| Количество тепла, полученного при сгорании, варьируется от топлива к топливу. Одно топливо выделяет больше энергии, другое — меньше. | Для сравнения видов топлива полезно сжечь 1 кг топлива и измерить количество выделившегося тепла. |
| Примечание: Не путайте тепло с температурой. Не путайте тепло с температурой. Вся энергия измеряется в джоулях. Температура измеряется в градусах. | Тепловая энергия, выделяемая при полном сгорании 1 кг топлива, называется удельной теплотой сгорания. Он обозначается маленькой латинской буквой q. |
| ight)\) — удельная теплота сгорания. | Примечание: Теплотворная способность — это тепловая энергия, выделяемая при полном сгорании 1 кг топлива. В прошлом мы сталкивались с определенными значениями (ссылка). |
| Удельную теплоту сгорания определенных веществ можно найти в физическом справочнике. | 39 |
| 44 | |
Два вида химических реакций и энергия
- имеющиеся молекулы разъединяются на отдельные атомы;
- из этих атомов образуются новые молекулы.
Повышая температуру, мы ускоряем химические реакции
Что такое горение
Что нужно, чтобы горение возникло
Температура самовоспламенения некоторых веществ
- бумага: 233 (C);
- дерево: 300 (C);
- бензин: 250 — 300 (C);
- спирт этиловый: 400 (C);
Температура горения некоторых веществ
- сухие дрова: от 800 до 1000 (C);
- пламя спички: от 750 до 1400 (C);
- уголь в печи или котле: от 1000 до 2300 градусов Цельсия (зависит от подачи воздуха);
- бензин: 1300 — 1400 (C);
Температура частей пламени различается
Что такое удельная теплота сгорания
\(\large q \left( \frac>>
