1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания




Название1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания
страница1/13
Дата публикации26.08.2013
Размер1.45 Mb.
ТипДокументы
zadocs.ru > Математика > Документы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания


При исследовании процесса горения различных веществ важно знать уравнение химической реакции этого процесса.

При построении уравнения поступают следующим образом: горючее вещество и участвующий в горении воздух помещают в левой части уравнения, в правой – образующиеся продукты горения.

Целый ряд горючих веществ и материалов может быть определён формулой , где индексы a, b, c, d отвечают количеству атомов углерода, водорода, кислорода, азота в молекуле горючего вещества. Известно, что воздух представляет собой смесь газов, основными компонентами которой являются азот (78%), кислород (21%), аргон (0,9%). Процентное содержание газов приведено по объёму. Аргон, как инертный газ, в процессе горения не участвует. Для простоты расчётов принимают, что воздух состоит из 21% кислорода и 79% азота, то есть на один объём кислорода в воздухе приходится 79/21=3,76 объёма азота, или на каждую молекулу кислорода приходится 3,76 молекул азота. Тогда левая часть уравнения (без учёта согласующих коэффициентов) может быть представлена в виде .

При определении продуктов сгорания нужно ориентироваться на состав горючего вещества. Углерод горючего при полном сгорании превращается в углекислый газ, водород - в воду (пары воды). Азот воздуха в процессе горения участия не принимает, он целиком переходит в продукты сгорания. Содержащийся в горючем веществе кислород выделяется в виде соединений с другими элементами горючего, в рассматриваемом случае в виде, например, или (поэтому при горении веществ, богатых кислородом, как правило, требуется меньше воздуха). Таким образом, правую часть уравнения (без учёта согласующихся коэффициентов) можно представить в виде .

В дальнейшем необходимо найти согласующие коэффициенты. Согласно закону сохранения масс, масса веществ, вступивших в реакцию, должна быть равна массе веществ, полученных в результате реакции. Следовательно, число атомов одного и того же элемента в правой и левой частях уравнения должно быть одинаковым, независимо от того, в состав какого вещества этот элемент входит. Сначала уравнивают число атомов углерода, затем водорода, кислорода, азота. Окончательно рассматриваемое уравнение реакции горения будет иметь вид:

(1.33)

где - тепловая энергия, выделяющаяся в процессе рассматриваемой реакции.

Следует отметить, что по уравнению (1.33) расчёт ведётся на один моль горючего вещества, поэтому в левой и правой частях уравнения перед могут появиться дробные коэффициенты.

Если в состав горючего вещества, кроме углерода и водорода, входят хлор или сера, то при горении они выделяются в виде и соответственно.

Сгорание веществ может происходить также за счёт кислорода, находящегося в составе других веществ, способных его отдавать. Такими веществами являются азотная кислота , бертолетова соль , селитры , , , и др. Смеси этих окислителей с горючим веществом взаимодействуют с большой скоростью, часто со взрывом [6].

Количество тепла , выделяемое при полном сгорании вещества и отнесённое к единице массы (или одному молю), называется теплотой сгорания. Теплоту сгорания можно вычислить, пользуясь законом Гесса Г.Г., который является частным случаем закона сохранения энергии. Существо закона состоит в следующем: тепловой эффект химического превращения не зависит от пути, по которому протекает реакция, а зависит лишь от начального и конечного состояния системы при условии, что температура и давление (или объём) в начале и конце реакции одинаковы.

С целью пояснения рассмотрим пример вычисления теплоты сгорания метана. Реакции получения и сгорания метана можно записать в виде [6]:

Q1=74,8 кДж



Такие же продукты образуются при сгорании водорода и углерода

Q2=570,6 кДж

Q3=392,9 кДж

Поскольку начальные и конечные продукты в обоих случаях одинаковы, их общие тепловые эффекты согласно закону, равны, то есть

Q1+Qсг=Q2+Q3

или Qсг=Q2+Q3 -Q1=570,6+392,9-74,8=888,7 кДж
Согласно закону Гесса Г.Г. теплота сгорания химического вещества (или смеси) равна разности между суммой теплот образования продуктов сгорания и теплотой образования сгоревшего вещества (или веществ, составляющих горючую смесь).

Теплотой образования называется тепловой эффект, получающийся при образовании одного моля вещества из свободных элементов в стандартных условиях. За стандартне условия принимают температуру 25С и давление 1 атм. всех веществ, участвующих в реакции. Теплоту образования химических веществ определяют по термохимическим таблицам [7]. Теплота образования продуктов сгорания:

= 94,5 ккал/моль

=26,4 ккал/моль

= 57,7 ккал/моль

Следует отметить, что теплота образования простых веществ (и др.) принимается равной нулю.
Пример. Определить теплоту сгорания углерода (С).

Решение. 1. Составляем уравнение реакции горения углерода, принимая в уравнении (1.33) значения величин а=1, b=c=d=0.



  1. Находим теплоту образования углекислого газа и углерода С. Согласно приведённым выше пояснениям

= 94,5 ккал/моль, =0

  1. Определяем теплоту сгорания углерода


Теплоту сгорания различных веществ определяют также экспериментально в калориметрической бомбе и газовом калориметре.

Различают высшую и низшую теплоты сгорания. Принято считать, что высшая теплота сгорания больше низшей на величину испарения влаги, находящейся в продуктах сгорания. Более строгое определение , приведено, например, в [6].

Высшей теплотой сгорания называют количество тепла, выделяемое при полном сгорании единицы массы горючего вещества при условии, что содержащийся в нём водород сгорает с образованием жидкой воды (при конденсации водяного пара). Низшей теплотой сгорания называется количество тепла, выделяемое аналогично при полном сгорании единицы массы горючего вещества при условии сгорания водорода до образования водяного пара и испарении влаги горючего вещества.

При задании элементного состава твёрдого или жидкого горючего вещества в весовых (массовых) процентах для определения и рекомендуется использовать формулы Д.И. Менделеева [6]:

=

, (1.34)

=
где и - высшая и низшая теплоты сгорания,;

[C], [H], [O], [S], W – содержание в горючем веществе углерода, водорода, кислорода, серы и влаги, %.
Пример. Определить низшую теплоту сгорания сернистого мазута, в состав которого входят углерод (82,5%), водород (10,65%), сера (3,1%), кислород (0,5%), влага (3%), зола (0,25%).

Решение. Искомую теплоту сгорания вычисляем по второй формуле (1.34)



Существует низший предел теплоты сгорания, ниже которого вещества становятся не способными к горению в атмосфере воздуха. Вещества являются негорючими, если они не относятся к взрывоопасным и если их теплота сгорания не превышает 2,1.

Следует отметить, что в расчетах выделения тепла в условиях реальных пожаров за величину теплоты сгорания принимается , так как образующийся при сгорании водяной пар уходит в атмосферу, не конденсируясь в воду.

Известно, что при пожарах многие вещества и материалы горят с обра-зованием значительного количества сажи. Сажа (углерод) способна само-стоятельно гореть и выделять тепло. Следовательно, если при горении она образуется, то горючее вещество выделяет тепла меньше, происходит так называемый недожог. Для веществ, богатых углеродом (нефть, мазут, рубероид, бензол и др.) коэффициент недожога составляет , при горении древесины =0,85 [8].

Размер пожара обычно характеризуется площадью пожара. Количество тепла, выделяемое с единицы площади пожара в единицу времени, называется теплотой пожара qп.

, (1.35)

где qп – теплота пожара, ; - коэффициент недожога;

– теплота сгорания, ;– массовая скорость выгорания, [или ].

Значения qп, , для некоторых веществ приведены в табл.3

^ Таблица 3

Значения qп , Qсг., Vм


Вещество

,

,

qп,

Древесина (влажность 14%)

50

13,8

0,183

Пиломатериалы в штабеле на открытой площадке

400

13,8

1,46

Строительная древесина (эквивалент)

71

13,8

0,26

Каучук искусственный

32

21

0,177

Орг. стекло

42

25,1

0,28

Торф в караванах

11

12,2

0,033

Ацетон

158

28,9

1,14

Керосин

175

44

1,91

Бензин

160-190

42

1,68-1,98

Мазут

125

39,8

1,31

Нефть

72

42

0,75

Этиловый спирт

96-120

27,2

0,65-0,82
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconОт чего зависит температура тела?
Удельная теплоёмкость. Теплота нагревания и охлаждения Удельная теплота сгорания топлива. Теплота сгорания топлива

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconОгонь играет громадную роль в жизни человека. Применение огня для...
Даже в наши дни значение огня и горения огромно. Работа многочисленных современных двигателей внутреннего сгорания, дизелей, паровых...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания icon1 Химические реакции при сгорании топлива
Для полного сгорания массовой или объемной единицы топлива необходимо вполне определенное количество воздуха, которое называется...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconЕтся комплекс мероприятий, направлен ных на ликвидацию возникшего...
Поскольку для возникновения и развития процесса горения, обусловливающего явления пожара, необходимо одновременное сочетание горючего...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconЗадачи пожарной профилактики 4 2 Сущность процесса горения и развития...
Основные законодательные документы и нормативно-правовые акты в области пожарной безопасности 7

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconПродукция
Этот катализатор, встречающийся только в mpg-boost™, ускоряет реальную скорость, при которой топливо смешивается с воздухом в камере...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconБилеты органическая химия
Химические свойства альдегидов(реакции восстановления, окисления, присоединения)

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconХимические свойства алифатических альдегидов
Реакции альдегидов и кетонов, приводящих к образованию новых углерод–углеродных связей

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconБензины предназначены для применения в поршневых двигателях внутреннего...
Несмотря на различия в условиях применения автомобильные и авиационные бензины характеризуются в основном общими показателями качества,...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconТехнологии работы биокатализатора mpg отличаются от химической присадки....
Садки к топливу являются обычными детергентами, то есть простыми очистителями камеры сгорания. Катализатор mpg также мягко очищает...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов