Nilai kalor gas alam yang lebih rendah adalah mJ m3. Bahan bakar gas

Setiap hari, menyalakan kompor di kompor dapur, hanya sedikit orang yang memikirkan sudah berapa lama produksi gas dimulai. Di negara kita, perkembangannya dimulai pada abad kedua puluh. Sebelumnya, ia hanya ditemukan selama ekstraksi produk minyak bumi. Nilai kalori Pasokan gas alam begitu besar sehingga saat ini bahan mentah tersebut tidak tergantikan, dan analog berkualitas tinggi belum dikembangkan.

Tabel nilai kalori akan membantu Anda memilih bahan bakar untuk memanaskan rumah Anda

Ciri-ciri bahan bakar fosil

Gas alam merupakan bahan bakar fosil penting yang menempati posisi terdepan dalam keseimbangan bahan bakar dan energi di banyak negara. Untuk memasok bahan bakar ke kota-kota dan berbagai perusahaan teknis, mereka mengkonsumsi berbagai gas yang mudah terbakar, karena gas alam dianggap berbahaya.

Para pemerhati lingkungan percaya bahwa gas adalah bahan bakar paling bersih; ketika dibakar, emisinya jauh lebih sedikit zat beracun daripada kayu bakar, batu bara, minyak. Bahan bakar ini digunakan sehari-hari oleh masyarakat dan mengandung bahan tambahan seperti zat pengharum, ditambahkan di instalasi yang dilengkapi dengan perbandingan 16 miligram per 1.000 meter kubik gas.

Komponen penting zat tersebut adalah metana (kurang lebih 88-96%), sisanya adalah bahan kimia lainnya:

• butana;
• hidrogen sulfida;
• propana;
• nitrogen;
• oksigen.

Dalam video ini kita akan melihat peran batubara:

Jumlah metana yang masuk bahan bakar alami secara langsung tergantung pada depositnya.

Jenis bahan bakar yang dijelaskan terdiri dari komponen hidrokarbon dan non-hidrokarbon. Bahan bakar fosil alami terutama adalah metana, termasuk butana dan propana. Selain komponen hidrokarbon, bahan bakar fosil yang dijelaskan mengandung nitrogen, sulfur, helium, dan argon. Uap cair juga ditemukan, namun hanya di ladang gas dan minyak.

Jenis deposito

Ada beberapa jenis deposit gas. Mereka dibagi menjadi beberapa jenis berikut:

• gas;
• minyak.

Milik mereka ciri khas adalah kandungan hidrokarbonnya. Deposit gas mengandung sekitar 85-90% zat yang ada, ladang minyak mengandung tidak lebih dari 50%. Persentase sisanya ditempati oleh zat-zat seperti butana, propana dan minyak.

Kerugian besar dari produksi minyak adalah pencuciannya berbagai macam aditif Belerang digunakan sebagai pengotor di perusahaan teknis.

Konsumsi gas alam

Butana dikonsumsi sebagai bahan bakar di pompa bensin untuk mobil, dan bahan organik, disebut “propana”, digunakan untuk mengisi ulang korek api. Asetilena adalah zat yang 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 pelepasan karbon dioksida ke atmosfer selama pembakaran. Para ilmuwan di seluruh dunia sedang mencari pengganti energi panas.

Nilai kalori

Nilai kalor gas alam adalah jumlah panas yang dihasilkan ketika satu unit bahan bakar dibakar dalam jumlah yang cukup. Jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran mengacu pada satu meter kubik, diambil dalam kondisi alami.

Kapasitas termal gas alam diukur dengan indikator berikut:

• kkal/nm 3 ;
• kkal/m3.

Ada nilai kalori tinggi dan rendah:

1. Tinggi. Mempertimbangkan panas uap air yang dihasilkan selama pembakaran bahan bakar.
2. Rendah. Ini tidak memperhitungkan panas yang terkandung dalam uap air, karena uap tersebut tidak dapat mengembun, tetapi keluar bersama produk pembakaran. Akibat akumulasi uap air, terbentuk sejumlah panas sebesar 540 kkal/kg. Selain itu, ketika kondensat mendingin, panas yang keluar antara 80 hingga seratus kkal/kg. Secara umum, akibat akumulasi uap air, terbentuk lebih dari 600 kkal/kg, inilah ciri pembeda 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 . Hal ini disebabkan pasokannya dilakukan melalui pipa dalam jarak yang jauh. Jika nilai kalorinya rendah, maka pasokannya meningkat.

Jika nilai kalor gas alam kurang dari 3500 kkal/nm 3, maka lebih sering digunakan dalam industri. Tidak perlu diangkut dalam jarak jauh, dan pembakaran menjadi lebih mudah. Perubahan serius pada nilai kalor gas memerlukan penyesuaian yang sering dan terkadang penggantian jumlah besar pembakar sensor rumah tangga standar, yang menyebabkan kesulitan.

Situasi ini menyebabkan peningkatan diameter pipa gas, serta peningkatan biaya logam, pemasangan jaringan, dan pengoperasian. Kerugian besar dari bahan bakar fosil berkalori rendah adalah tingginya kandungan karbon monoksida, yang meningkatkan tingkat ancaman selama pengoperasian bahan bakar dan pemeliharaan pipa, serta peralatan.

Panas yang dilepaskan selama pembakaran, yang tidak melebihi 3500 kkal/nm 3, paling sering digunakan dalam produksi industri, di mana tidak perlu dipindahkan dalam jarak jauh dan mudah terbakar.

SIFAT FISIK DAN KIMIA GAS ALAM

kamu gas alam tidak ada warna, bau, rasa.

Indikator utama gas alam meliputi: komposisi, nilai kalor, kepadatan, suhu pembakaran dan penyalaan, batas ledakan dan tekanan ledakan.

Gas alam dari ladang gas murni sebagian besar 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. Gas yang tidak mudah terbakar meliputi: karbon dioksida, oksigen, nitrogen, dan uap air. Komposisinya rendah yaitu 0,1-0,3% C0 2 dan 1-14% N 2. Setelah ekstraksi, gas beracun hidrogen sulfida dihilangkan dari gas, yang kandungannya tidak boleh melebihi 0,02 g/m3.

Kalor pembakaran adalah banyaknya 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/m3.

Nilai yang dihitung dengan perbandingan massa suatu zat dengan volumenya disebut massa jenis zat. Massa jenis diukur dalam kg/m3. Massa jenis gas alam sepenuhnya bergantung pada komposisinya dan berada pada kisaran c = 0,73-0,85 kg/m3.

Ciri terpenting dari setiap gas yang mudah terbakar adalah keluaran panasnya, mis. Suhu maksimum dicapai dengan pembakaran sempurna gas, jika jumlah yang dibutuhkan udara untuk pembakaran sama persis dengan rumus kimia pembakaran, dan suhu awal gas dan udara adalah nol.

Keluaran panas gas alam sekitar 2000 -2100 °C, metana - 2043 °C. Suhu pembakaran aktual di tungku jauh lebih rendah daripada keluaran panas dan bergantung pada kondisi pembakaran.

Temperatur penyalaan adalah temperatur campuran udara-bahan bakar dimana campuran tersebut terbakar tanpa adanya sumber penyalaan. Untuk gas alam berada pada kisaran 645-700 °C.

Semua gas yang mudah terbakar bersifat eksplosif dan dapat terbakar jika terkena api terbuka atau percikan api. Membedakan batas konsentrasi bawah dan atas perambatan api , yaitu. konsentrasi bawah dan atas di mana ledakan campuran mungkin terjadi. Batas ledakan bawah gas adalah 3 6%, batas atas adalah 12 16%.

Batas eksplosif.

Campuran gas-udara yang mengandung sejumlah gas berikut:

hingga 5% - tidak menyala;

dari 5 hingga 15% - meledak;

lebih dari 15% - terbakar saat udara disuplai.

Tekanan saat 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 mendeteksi kebocoran, gas diberi bau (yaitu diberi bau tertentu). Odorisasi dilakukan dengan menggunakan etil merkaptan. Penciuman dilakukan di stasiun distribusi gas (GDS). Ketika 1% gas alam masuk ke udara, ia mulai berbau. Praktek menunjukkan bahwa tingkat rata-rata etil merkaptan untuk bau gas alam yang masuk ke jaringan kota harus 16 g per 1.000 m3 gas.

Dibandingkan dengan padat dan bahan bakar cair Gas alam menang dalam banyak hal:

Murahnya relatif, yang bisa dijelaskan lebih lanjut cara yang mudah pertambangan dan transportasi;

Tidak ada abu atau pelepasan partikel padat ke atmosfer;

Nilai kalori tinggi;

Tidak diperlukan persiapan bahan bakar untuk pembakaran;

Pekerjaan pekerja jasa menjadi lebih mudah dan kondisi sanitasi dan higienis pekerjaan mereka ditingkatkan;

Kondisi untuk mengotomatisasi proses kerja disederhanakan.

Karena kemungkinan kebocoran melalui kebocoran pada sambungan dan fitting pipa gas, penggunaan gas alam memerlukan kehati-hatian dan kehati-hatian khusus. Penetrasi lebih dari 20% gas ke dalam ruangan dapat menyebabkan mati lemas, dan jika berada dalam volume tertutup, 5 hingga 15% dapat menyebabkan ledakan campuran gas-udara. Pembakaran tidak sempurna menghasilkan karbon monoksida CO beracun, yang bahkan pada konsentrasi rendah dapat menyebabkan keracunan pada personel yang beroperasi.

Berdasarkan asalnya, gas alam dibagi menjadi dua kelompok: kering dan berlemak.

Kering gas adalah gas yang berasal dari mineral dan ditemukan di daerah yang terkait dengan aktivitas gunung berapi saat ini atau di masa lalu. Gas kering hampir seluruhnya terdiri dari metana dengan sedikit kandungan komponen pemberat (nitrogen, karbon dioksida) dan memiliki nilai kalor Qn = 7000±9000 kkal/nm3.

Gemuk gas menyertainya ladang minyak dan biasanya terakumulasi di lapisan atas. Berdasarkan asalnya, gas basah mirip dengan minyak dan mengandung banyak hidrokarbon yang mudah terkondensasi. Nilai kalor gas cair Qn=8000-15000 kkal/nm3

Untuk manfaatnya bahan bakar gas harus mencakup kemudahan transportasi dan pembakaran, kurangnya kelembaban abu, kesederhanaan peralatan boiler.

Bersama gas alam gas buatan yang mudah terbakar yang diperoleh selama pemrosesan juga digunakan bahan bakar padat, atau akibat pengoperasian instalasi industri sebagai gas buang. Gas buatan terdiri dari gas yang mudah terbakar hasil pembakaran tidak sempurna bahan bakar, gas pemberat dan uap air dan dibagi menjadi kaya dan miskin, memiliki nilai kalor rata-rata masing-masing 4500 kkal/m3 dan 1300 kkal/m3. Komposisi gas: hidrogen, metana, senyawa hidrokarbon lainnya CmHn, hidrogen sulfida H 2 S, gas tidak mudah terbakar, karbon dioksida, oksigen, nitrogen dan sedikit uap air. Pemberat – nitrogen dan karbon dioksida.

Dengan demikian, komposisi bahan bakar gas kering dapat direpresentasikan sebagai campuran unsur-unsur berikut:

CO + H 2 + ∑CmHn + H 2 S + CO 2 + O 2 + N 2 =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 = 100%.

Panas pembakaran kering bahan bakar gas kJ/m3 (kkal/m3) per 1 m3 gas di kondisi normal didefinisikan sebagai berikut:

Qn= 0,01,

Dimana Qi adalah panas pembakaran gas yang bersangkutan.

Nilai kalor bahan bakar gas diberikan pada Tabel 3.

Ledakan gas terbentuk selama peleburan besi tuang di tanur sembur. Hasil dan komposisi kimianya bergantung pada sifat muatan dan bahan bakar, mode pengoperasian tungku, metode intensifikasi proses, dan faktor lainnya. Output gas berkisar antara 1500-2500 m 3 per ton besi cor. Bagian komponen yang tidak mudah terbakar (N 2 dan CO 2) dalam gas tanur sembur adalah sekitar 70%, yang menentukan kinerja termalnya yang rendah (nilai kalor gas yang lebih rendah 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 ditingkatkan secara signifikan.

Gas ferroalloy terbentuk selama peleburan ferroalloy di tungku reduksi bijih. Gas yang dikeluarkan dari tungku tertutup dapat digunakan sebagai bahan bakar SER (sekunder sumber energi). 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 pengoperasian tungku, kekuatannya, dll. Komposisi gas: 50-90% CO, 2-8% H2, 0,3-1% CH4, O2<1%, 2-5% CO 2 , остальное N 2 . Максимальная температура продуктов сгорания равна 2080 ^0 C. Запылённость газа составляет 30-40 г/м^3 .

Konverter gas terbentuk selama peleburan baja dalam konverter oksigen. Gas ini sebagian besar terdiri dari karbon monoksida, hasil dan komposisinya sangat bervariasi selama peleburan. Setelah dimurnikan, komposisi gasnya kira-kira sebagai berikut: 70-80% CO; 15-20% CO 2 ; 0,5-0,8% O2; 3-12% N 2. Kalor pembakaran gas adalah 8,4-9,2 MJ/m 3. Suhu pembakaran maksimum mencapai 2000 0 C.

gas kokas terbentuk selama kokas campuran batubara. Dalam metalurgi besi digunakan setelah ekstraksi produk kimia. Komposisi gas oven kokas bergantung pada sifat muatan batubara dan kondisi kokas. Fraksi volume komponen dalam gas berada dalam batas berikut,%: 52-62H 2 ; 0,3-0,6 O 2; 23.5-26.5 Bab 4; 5,5-7,7 CO; 1,8-2,6 BERSAMA 2 . Panas pembakaran 17-17,6 MJ/m^3, suhu maksimum hasil pembakaran 2070 0 C.

Zat yang berasal dari organik termasuk bahan bakar yang bila dibakar akan melepaskan sejumlah energi panas. Produksi panas harus ditandai dengan efisiensi tinggi dan tidak adanya efek samping, khususnya zat berbahaya bagi kesehatan manusia dan lingkungan.

Untuk memudahkan pemuatan ke dalam kotak api, material kayu dipotong menjadi elemen-elemen tersendiri sepanjang 30 cm. Untuk meningkatkan efisiensi penggunaannya, kayu bakar harus sekering mungkin dan proses pembakaran harus relatif lambat. Dalam banyak hal, kayu dari kayu keras seperti oak dan birch, hazel dan ash, dan hawthorn cocok untuk pemanas ruangan. Karena kandungan resin yang tinggi, peningkatan laju pembakaran dan nilai kalori yang rendah, pohon jenis konifera secara signifikan lebih rendah kualitasnya dalam hal ini.

Perlu dipahami bahwa nilai nilai kalor dipengaruhi oleh kepadatan kayu.

Ini adalah bahan alami yang berasal dari tumbuhan, diekstraksi dari batuan sedimen.

Bahan bakar padat jenis ini mengandung karbon dan unsur kimia lainnya. Ada pembagian bahan menjadi beberapa jenis tergantung umurnya. Batubara coklat dianggap yang termuda, diikuti oleh batubara keras, dan antrasit lebih tua dari semua jenis lainnya. Usia suatu bahan yang mudah terbakar juga menentukan kadar airnya, yang lebih banyak terdapat pada bahan yang masih muda.

Selama pembakaran batubara, terjadi pencemaran lingkungan, dan terak terbentuk di tungku boiler, yang sampai batas tertentu menghambat pembakaran normal. Kehadiran belerang dalam bahan juga merupakan faktor yang tidak menguntungkan bagi atmosfer, karena di ruang udara unsur ini diubah menjadi asam sulfat.

Namun konsumen tidak perlu khawatir akan kesehatannya. Produsen bahan ini, yang melayani pelanggan swasta, berupaya mengurangi kandungan belerang di dalamnya. Nilai kalor batubara dapat bervariasi walaupun dalam jenis yang sama. Perbedaannya bergantung pada karakteristik subspesies dan kandungan mineralnya, serta geografi produksinya. Sebagai bahan bakar padat, tidak hanya ditemukan batubara murni, tetapi juga terak batubara yang diperkaya rendah, yang dipres menjadi briket.

Pelet (butiran bahan bakar) adalah bahan bakar padat yang dibuat secara industri dari limbah kayu dan tanaman: serutan, kulit kayu, karton, jerami.

Bahan bakunya, dihancurkan menjadi debu, dikeringkan dan dituangkan ke dalam granulator, kemudian keluar dalam bentuk butiran dengan bentuk tertentu. Untuk menambah viskositas massa, polimer tumbuhan, lignin, digunakan. Kompleksitas proses produksi dan tingginya permintaan menentukan harga jual pelet. Bahan tersebut digunakan dalam boiler yang dilengkapi peralatan khusus.

Jenis bahan bakar ditentukan tergantung pada bahan dari mana bahan bakar tersebut diolah:

• kayu bulat dari pohon jenis apa pun;
• Sedotan;
• gambut;
• sekam 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;
• penyimpanan mudah bahkan di luar ruangan;
• keseragaman dan lamanya pembakaran;
• biaya yang relatif rendah;
• Kemungkinan penggunaan untuk berbagai perangkat pemanas;
• ukuran butiran yang sesuai untuk pemuatan otomatis ke dalam ketel yang dilengkapi peralatan khusus.

Briket

Briket adalah bahan bakar padat yang dalam banyak hal mirip dengan pelet. Untuk pembuatannya, bahan yang sama digunakan: serpihan kayu, serutan, gambut, sekam dan jerami. Selama proses produksi, bahan mentah dihancurkan dan dibentuk menjadi briket dengan cara kompresi. Bahan ini juga merupakan bahan bakar yang ramah lingkungan. Lebih mudah untuk menyimpannya bahkan di luar ruangan. Pembakaran bahan bakar ini secara halus, seragam dan lambat dapat diamati baik di perapian dan kompor, maupun di boiler pemanas.

Jenis bahan bakar padat ramah lingkungan yang dibahas di atas merupakan alternatif yang baik untuk menghasilkan panas. Dibandingkan dengan sumber energi panas fosil, yang berdampak negatif terhadap lingkungan jika dibakar dan juga tidak terbarukan, bahan bakar alternatif memiliki keunggulan yang jelas dan biaya yang relatif rendah, yang penting bagi kategori konsumen tertentu.

Pada saat yang sama, bahaya kebakaran dari bahan bakar tersebut jauh lebih tinggi. Oleh karena itu, perlu dilakukan beberapa tindakan pengamanan terkait penyimpanannya dan penggunaan bahan tahan api untuk dinding.

Bahan bakar cair dan gas

Sedangkan untuk bahan mudah terbakar cair dan gas keadaannya sebagai berikut.

Jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna suatu satuan bahan bakar disebut nilai kalor (Q) atau, kadang-kadang dikatakan, nilai kalor, atau nilai kalor, yang merupakan salah satu ciri utama bahan bakar.

Nilai kalor gas biasanya disebut 1 m 3, diambil dalam kondisi normal.

Dalam perhitungan teknis, kondisi normal berarti keadaan gas pada suhu 0°C dan tekanan 760°C. mmHg Seni. Volume gas dalam kondisi ini dilambangkan nomor 3(meter kubik biasa).

Untuk pengukuran gas industri menurut GOST 2923-45, suhu 20°C dan Tekanan 760 diambil sebagai kondisi normal mmHg Seni. Volume gas yang ditetapkan pada kondisi ini, bukan nomor 3 kami akan menelepon M 3 (meter kubik).

Nilai kalor gas (Q)) diungkapkan dalam kkal/nm e atau di kkal/m3.

Untuk gas cair, nilai kalornya disebut 1 kg.

Ada nilai kalor yang lebih tinggi (Qc) dan lebih rendah (Qn). Nilai kalor kotor memperhitungkan panas kondensasi uap air yang dihasilkan selama pembakaran bahan bakar. Nilai kalor yang lebih rendah tidak memperhitungkan panas yang terkandung dalam uap air hasil pembakaran, karena uap air tidak mengembun, tetapi terbawa bersama hasil pembakaran.

Konsep Q in dan Q n hanya mengacu pada gas yang pembakarannya melepaskan uap air (konsep ini tidak berlaku untuk karbon monoksida, yang tidak menghasilkan uap air selama pembakaran).

Ketika uap air mengembun, panas yang dilepaskan sebesar 539 kkal/kg. Selain itu, ketika kondensat didinginkan hingga 0°C (atau 20°C), panas dilepaskan masing-masing sebanyak 100 atau 80. kkal/kg.

Secara total, lebih dari 600 panas dilepaskan akibat kondensasi uap air. kkal/kg, yang merupakan perbedaan antara nilai kalor gas yang lebih tinggi dan lebih rendah. Untuk sebagian besar gas yang digunakan dalam pasokan gas perkotaan, perbedaannya adalah 8-10%.

Nilai kalor beberapa gas diberikan dalam tabel. 3.

Untuk pasokan gas perkotaan, saat ini digunakan gas yang biasanya memiliki nilai kalor minimal 3500 kkal/nm 3 . Hal ini disebabkan karena di perkotaan gas disuplai melalui pipa dalam jarak yang cukup jauh. Ketika nilai kalor rendah, harus disuplai dalam jumlah besar. Hal ini pasti menyebabkan peningkatan diameter pipa gas dan, sebagai konsekuensinya, peningkatan investasi logam dan dana untuk pembangunan jaringan gas, dan selanjutnya peningkatan biaya operasional. Kerugian signifikan dari gas berkalori rendah adalah bahwa dalam banyak kasus gas tersebut mengandung sejumlah besar karbon monoksida, yang meningkatkan bahaya saat menggunakan gas, serta saat melayani jaringan dan instalasi.

Nilai kalor gas kurang dari 3500 kkal/nm 3 paling sering digunakan dalam industri, di mana tidak perlu mengangkutnya dalam jarak jauh dan lebih mudah untuk mengatur pembakaran. Untuk pasokan gas perkotaan, diinginkan adanya nilai kalor gas yang konstan. Fluktuasi, sebagaimana telah kami tetapkan, diperbolehkan tidak lebih dari 10%. Perubahan yang lebih besar dalam nilai kalor gas memerlukan penyesuaian baru dan terkadang penggantian sejumlah besar pembakar standar untuk peralatan rumah tangga, yang menimbulkan kesulitan yang signifikan.

5. KESEIMBANGAN TERMAL PEMBAKARAN

Mari kita pertimbangkan metode untuk menghitung keseimbangan panas dari proses pembakaran bahan bakar gas, cair dan padat. Perhitungannya dilakukan untuk menyelesaikan masalah berikut.

· Penentuan panas pembakaran (nilai kalor) bahan bakar.

· Penentuan suhu pembakaran teoritis.

5.1. PANAS PEMBAKARAN

Reaksi kimia disertai dengan pelepasan atau penyerapan panas. Jika kalor dilepaskan maka reaksinya disebut eksotermik, dan bila kalor diserap disebut endotermik. Semua reaksi pembakaran bersifat eksotermik, dan hasil pembakarannya merupakan senyawa eksotermik.

Panas yang dilepaskan (atau diserap) selama reaksi kimia disebut panas reaksi. Pada reaksi eksotermik bernilai positif, pada reaksi endoterm bernilai negatif. Reaksi pembakaran selalu disertai dengan pelepasan panas. Panas pembakaran pertanyaan g(J/mol) adalah jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna satu mol suatu zat dan transformasi zat yang mudah terbakar menjadi produk pembakaran sempurna. Mol adalah satuan SI dasar untuk kuantitas suatu zat. Satu mol adalah jumlah zat yang mengandung jumlah partikel (atom, molekul, dll.) yang sama dengan jumlah atom dalam 12 g isotop karbon-12. Massa sejumlah suatu zat sama dengan 1 mol (massa molekul atau molar) secara numerik bertepatan dengan massa molekul relatif zat tersebut.

Misalnya, berat molekul relatif oksigen (O 2) adalah 32, karbon dioksida (CO 2) adalah 44, dan berat molekul terkait adalah M = 32 g/mol dan M = 44 g/mol. Jadi, satu mol oksigen mengandung 32 gram zat ini, dan satu mol CO 2 mengandung 44 gram karbon dioksida.

Dalam perhitungan teknis, bukan panas pembakaran yang paling sering digunakan. pertanyaan 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 m 3 suatu zat. Untuk zat cair dan padat, perhitungannya 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 secara eksperimental atau dengan perhitungan. Saat menentukan nilai kalor secara eksperimental, sejumlah bahan bakar padat atau cair dibakar dalam bom kalorimetri, dan dalam kasus bahan bakar gas, dalam kalorimeter gas. Instrumen ini mengukur panas total Q 0 dilepaskan selama pembakaran sampel bahan bakar yang ditimbang M. Nilai kalori pertanyaan g ditemukan oleh rumus

Hubungan antara panas pembakaran dan
nilai kalor bahan bakar

Untuk mengetahui hubungan antara kalor pembakaran dengan nilai kalor suatu zat, perlu dituliskan persamaan reaksi kimia pembakaran.

Produk pembakaran sempurna karbon adalah karbon dioksida:

C+O2 →CO2.

Produk pembakaran sempurna hidrogen adalah air:

2H 2 +O 2 →2H 2 O.

Produk pembakaran sempurna belerang adalah belerang dioksida:

S +O 2 →JADI 2.

Dalam hal ini, nitrogen, halogen, dan unsur tidak mudah terbakar lainnya dilepaskan dalam bentuk bebas.

Zat yang mudah terbakar adalah gas

Sebagai contoh, mari kita hitung nilai kalor metana CH 4, yang kalor pembakarannya sama dengan pertanyaan g=882.6 .

· Mari kita tentukan berat molekul metana sesuai dengan rumus kimianya (CH 4):

M=1∙12+4∙1=16 g/mol.

· Mari kita tentukan nilai kalor 1 kg metana:

· Mari kita cari volume 1 kg metana, dengan mengetahui massa jenisnya ρ=0,717 kg/m3 dalam kondisi normal:

.

· Mari kita tentukan nilai kalor 1 m 3 metana:

Nilai kalor dari setiap gas yang mudah terbakar ditentukan dengan cara yang sama. Untuk banyak zat umum, panas pembakaran dan nilai kalor telah diukur dengan akurasi tinggi dan diberikan dalam literatur referensi yang relevan. Berikut adalah tabel nilai kalor beberapa zat gas (Tabel 5.1). Besarnya 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 kalor bahan bakar gas

Zat			Asetilen
Q

Bahan yang mudah terbakar – cair atau padat

Sebagai contoh, mari kita hitung nilai kalor etil alkohol C 2 H 5 OH yang kalor pembakarannya adalah pertanyaan g= 1373,3 kJ/mol.

· Mari kita tentukan berat molekul etil alkohol sesuai dengan rumus kimianya (C 2 H 5 OH):

M = 2∙12 + 5∙1 + 1∙16 + 1∙1 = 46 g/mol.

Mari kita tentukan nilai kalori 1 kg etil alkohol:

Nilai kalor bahan mudah terbakar cair dan padat ditentukan dengan cara yang sama. Di meja 5.2 dan 5.3 menunjukkan nilai kalor Q(MJ/kg dan kkal/kg) untuk beberapa cairan dan padatan.

Tabel 5.2

Nilai kalor bahan bakar cair

Zat		Metil alkohol	Etanol			Bahan bakar minyak, minyak
Q

Tabel 5.3

Nilai kalori bahan bakar padat

Zat		Pohonnya segar	Kayu kering	Batubara coklat	Gambut kering	Antrasit, kokas
Q

rumus Mendeleev

Jika nilai kalor suatu 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 bahan bakar ekuivalen), yaitu persentase kandungan unsur-unsur berikut di dalamnya:

Oksigen (O);

Hidrogen (H);

Karbon (C);

Belerang (S);

Abu (A);

Air (W).

Produk pembakaran bahan bakar selalu mengandung uap air, yang terbentuk baik karena adanya uap air dalam bahan bakar maupun selama pembakaran hidrogen. Produk pembakaran limbah meninggalkan pabrik industri pada suhu di atas titik embun. Oleh karena itu, panas yang dilepaskan selama kondensasi uap air tidak dapat digunakan secara bermanfaat dan tidak boleh diperhitungkan dalam perhitungan termal.

Nilai kalor bersih biasanya digunakan untuk perhitungan Pertanyaan n bahan bakar, yang memperhitungkan kehilangan panas dengan uap air. Untuk bahan bakar padat dan cair nilainya Pertanyaan n(MJ/kg) kira-kira ditentukan oleh rumus Mendeleev:

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

dimana persentase (berat%) kandungan unsur-unsur terkait dalam komposisi bahan bakar ditunjukkan dalam tanda kurung.

Rumus ini memperhitungkan panas reaksi pembakaran eksotermik karbon, hidrogen, dan belerang (dengan tanda plus). Oksigen yang termasuk dalam 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 suku yang mengandung W juga diambil dengan tanda minus.

Perbandingan data perhitungan dan percobaan nilai kalor berbagai bahan bakar (kayu, gambut, batu bara, minyak) menunjukkan bahwa perhitungan menggunakan rumus Mendeleev (5.1) memberikan kesalahan tidak melebihi 10%.

Nilai kalori bersih Pertanyaan n(MJ/m3) gas kering yang mudah terbakar dapat dihitung dengan akurasi yang cukup sebagai jumlah produk dari nilai kalor masing-masing komponen dan persentase kandungannya dalam 1 m3 bahan bakar gas.

Pertanyaan 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)

dimana persentase (volume %) kandungan gas-gas terkait dalam campuran ditunjukkan dalam tanda kurung.

Rata-rata nilai kalor gas alam adalah sekitar 53,6 MJ/m 3 . Dalam gas mudah terbakar yang diproduksi secara artifisial, kandungan metana CH4 dapat diabaikan. Komponen utama yang mudah terbakar adalah hidrogen H2 dan karbon monoksida CO. Pada gas oven kokas misalnya, kandungan H2 mencapai (55 60)%, dan nilai kalor gas tersebut lebih rendah mencapai 17,6 MJ/m3. Gas generator mengandung CO ~ 30% dan H 2 ~ 15%, sedangkan nilai kalor gas generator yang lebih rendah adalah Pertanyaan n= (5,2 6,5) MJ/m3. Kandungan CO dan H 2 dalam gas tanur sembur lebih rendah; besarnya Pertanyaan n= (4.0±4.2) MJ/m 3.

Mari kita lihat contoh penghitungan nilai kalor suatu zat menggunakan rumus Mendeleev.

Mari kita tentukan nilai kalori batubara, yang komposisi unsurnya diberikan dalam tabel. 5.4.

Tabel 5.4

Komposisi unsur batubara

· Mari kita gantikan yang diberikan dalam tabel. 5.4 data pada rumus Mendeleev (5.1) (nitrogen N dan abu A tidak termasuk dalam rumus ini, karena merupakan zat inert dan tidak ikut serta dalam reaksi pembakaran):

Pertanyaan 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 diperlukan untuk memanaskan 50 liter air dari 10° C menjadi 100° C, jika 5% dari panas yang dilepaskan selama pembakaran dikonsumsi untuk pemanasan, dan kapasitas panas air Dengan=1 kkal/(kg∙deg) atau 4,1868 kJ/(kg∙deg). Komposisi unsur kayu bakar diberikan dalam tabel. 5.5:

Tabel 5.5

Komposisi unsur kayu bakar

	· Mari kita cari nilai kalor kayu bakar menggunakan rumus Mendeleev (5.1): Pertanyaan n=0,339∙43+1,025∙7–0,1085∙41–0,025∙7= 17,12 MJ/kg. · Mari kita tentukan jumlah kalor yang dikeluarkan untuk memanaskan air ketika membakar 1 kg kayu bakar (dengan mempertimbangkan fakta bahwa 5% dari kalor (a = 0,05) yang dilepaskan selama pembakaran dihabiskan untuk memanaskannya): Q 2 =sebuah Pertanyaan n=0,05·17,12=0,86 MJ/kg. · Mari kita tentukan jumlah kayu bakar yang diperlukan untuk memanaskan 50 liter air dari 10° C menjadi 100° C: kg. Jadi, dibutuhkan sekitar 22 kg kayu bakar untuk memanaskan air.