Tentukan nilai kalor gas alam yang lebih rendah. Bahan bakar gas
5. KESEIMBANGAN TERMAL PEMBAKARAN
Mari kita perhatikan metode menghitung keseimbangan panas dari proses pembakaran gas, cair dan bahan bakar 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.
Dilepaskan (atau diserap) selama aliran reaksi kimia panas 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 kalori bahan bakar ditentukan baik secara eksperimental atau dengan metode 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:
· Carilah volume 1 kg metana dengan mengetahui massa jenisnya ρ=0,717 kg/m 3 pada 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 |
||||||
Zat yang mudah terbakar adalah cairan 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 |
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 di dalamnya elemen berikut:
Oksigen (O);
Hidrogen (H);
Karbon (C);
Belerang (S);
Abu (A);
Air (W).
Produk pembakaran bahan bakar selalu mengandung uap air, terbentuk karena adanya uap air dalam bahan bakar dan 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:
Jadi, dibutuhkan sekitar 22 kg kayu bakar untuk memanaskan air. |
kg.Tabel menunjukkan massa panas spesifik pembakaran bahan bakar (cair, padat dan gas) dan beberapa bahan mudah terbakar lainnya. Bahan bakar berikut ini dipertimbangkan: batu bara, kayu bakar, kokas, gambut, minyak tanah, minyak, alkohol, bensin, gas alam, dll.
Daftar tabel:
Selama reaksi eksotermik oksidasi bahan bakar, energi kimianya diubah menjadi energi panas dengan pelepasan sejumlah panas. Hasilnya energi termal biasanya disebut panas pembakaran bahan bakar. Itu tergantung pada komposisi kimianya, kelembabannya dan merupakan yang utama. Kalor pembakaran bahan bakar per 1 kg massa atau 1 m 3 volume membentuk massa atau kalor jenis pembakaran volumetrik.
Panas spesifik pembakaran suatu bahan bakar adalah jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna suatu satuan massa atau volume bahan bakar padat, cair atau gas. Dalam Sistem Satuan Internasional, nilai ini diukur dalam J/kg atau J/m 3.
Panas spesifik pembakaran suatu bahan bakar dapat ditentukan secara eksperimental atau dihitung secara analitis. Metode eksperimental untuk menentukan nilai kalor didasarkan pada pengukuran praktis jumlah panas yang dilepaskan ketika suatu bahan bakar terbakar, misalnya dalam kalorimeter dengan termostat dan bom pembakaran. Untuk bahan bakar dengan diketahui komposisi kimia Kalor jenis pembakaran dapat ditentukan dengan menggunakan rumus Mendeleev.
Ada panas spesifik pembakaran yang lebih tinggi dan lebih rendah. Nilai kalori yang lebih tinggi adalah jumlah maksimum panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna bahan bakar, dengan memperhitungkan panas yang dikeluarkan untuk penguapan uap air yang terkandung dalam bahan bakar. Nilai kalori bersih kurang dari nilainya lebih tinggi jumlah panas kondensasi, yang terbentuk dari uap air bahan bakar dan hidrogen dari massa organik, yang berubah menjadi air selama pembakaran.
Untuk menentukan indikator kualitas bahan bakar, serta dalam perhitungan termal biasanya menggunakan panas spesifik pembakaran yang lebih rendah, yang merupakan termal paling penting dan karakteristik kinerja bahan bakar dan ditunjukkan pada tabel di bawah ini.
Panas spesifik pembakaran bahan bakar padat (batubara, kayu bakar, gambut, kokas)
Tabel tersebut menyajikan nilai kalor jenis pembakaran bahan bakar padat kering dalam dimensi 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 dalam satuan SI 36,3·10 6 J/kg). Selain itu, nilai kalor yang tinggi merupakan ciri khas batubara keras, antrasit, arang, dan batubara coklat.
Bahan bakar dengan efisiensi energi rendah termasuk kayu, kayu bakar, bubuk mesiu, penggilingan gambut, dan serpih minyak. Misalnya kalor jenis pembakaran kayu bakar adalah 8,4...12,5, dan kalor jenis mesiu hanya 3,8 MJ/kg.
| Bahan bakar | |
|---|---|
| Antrasit | 26,8…34,8 |
| Pelet kayu (pellet) | 18,5 |
| Kayu bakar kering | 8,4…11 |
| Kayu bakar birch kering | 12,5 |
| kokas gas | 26,9 |
| Ledakan minuman bersoda | 30,4 |
| Setengah coke | 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 |
| Gambut yang digiling | 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 |
| Frestorf | 8,1 |
| Terak | 27,5 |
Panas spesifik pembakaran bahan bakar cair (alkohol, bensin, minyak tanah, minyak)
Tabel diberikan tentang kalor jenis pembakaran bahan bakar cair dan beberapa cairan organik lainnya. Perlu dicatat bahwa bahan bakar seperti bensin, solar dan minyak.
Panas spesifik pembakaran alkohol dan aseton jauh lebih rendah dibandingkan bahan bakar motor tradisional. Selain itu, bahan bakar roket cair memiliki nilai kalor yang relatif rendah dan, dengan pembakaran sempurna 1 kg hidrokarbon tersebut, sejumlah panas akan dilepaskan masing-masing sebesar 9,2 dan 13,3 MJ.
| Bahan bakar | Kalor jenis 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 |
| Bahan bakar roket cair (minyak tanah + oksigen cair) | 9,2 |
| Minyak tanah penerbangan | 42,9 |
| Minyak tanah untuk penerangan (GOST 4753-68) | 43,7 |
| xilena | 43,2 |
| Bahan bakar minyak dengan sulfur tinggi | 39 |
| Bahan bakar minyak sulfur rendah | 40,5 |
| Bahan bakar minyak rendah sulfur | 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 |
| Etil alkohol (etanol) | 30,6 |
Panas spesifik pembakaran bahan bakar gas dan gas yang mudah terbakar
Disajikan tabel kalor jenis pembakaran bahan bakar gas dan beberapa gas mudah terbakar lainnya dalam dimensi MJ/kg. Dari gas-gas yang dipertimbangkan, gas ini mempunyai panas jenis pembakaran tertinggi. Pembakaran sempurna satu kilogram gas ini akan melepaskan panas sebesar 119,83 MJ. Selain itu, bahan bakar seperti gas alam memiliki nilai kalor yang tinggi - kalor jenis pembakaran gas alam adalah 41...49 MJ/kg (untuk gas murni 50 MJ/kg).
| Bahan bakar | Kalor jenis pembakaran, MJ/kg |
|---|---|
| 1-Butena | 45,3 |
| Amonia | 18,6 |
| Asetilen | 48,3 |
| Hidrogen | 119,83 |
| Hidrogen, dicampur dengan metana (50% H 2 dan 50% CH 4 berat) | 85 |
| Hidrogen, campuran dengan metana dan karbon monoksida (33-33-33% berat) | 60 |
| Hidrogen, dicampur dengan karbon monoksida (50% H 2 50% CO 2 berat) | 65 |
| Gas tanur sembur | 3 |
| Gas Oven Kokas | 38,5 |
| LPG gas hidrokarbon cair (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 |
| Propadiena | 46,3 |
| propana | 46,3 |
| propilena | 45,8 |
| Propilena, 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 disediakan untuk panas spesifik pembakaran beberapa bahan yang mudah terbakar (kayu, kertas, plastik, jerami, karet, dll.). Bahan dengan pelepasan panas tinggi selama pembakaran harus diperhatikan. Bahan-bahan tersebut antara lain: karet berbagai jenis, polistiren (busa), polipropilen, dan polietilen yang diperluas.
| Bahan bakar | Kalor jenis pembakaran, MJ/kg |
|---|---|
| Kertas | 17,6 |
| Kulit buatan | 21,5 |
| Kayu (batang dengan kadar air 14%) | 13,8 |
| Kayu di tumpukan | 16,6 |
| kayu oak | 19,9 |
| Kayu cemara | 20,3 |
| Kayu berwarna 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 |
| SKS Karet | 43,9 |
| Karet kloroprena | 28 |
| Linoleum polivinil klorida | 14,3 |
| Linoleum polivinil klorida lapis ganda | 17,9 |
| Linoleum polivinil klorida dengan bahan dasar kain kempa | 16,6 |
| Linoleum polivinil klorida berbahan dasar hangat | 17,6 |
| Linoleum polivinil klorida berbahan dasar kain | 20,3 |
| Linoleum karet (Relin) | 27,2 |
| Parafin parafin | 11,2 |
| Busa polistiren PVC-1 | 19,5 |
| Plastik busa FS-7 | 24,4 |
| Plastik busa FF | 31,4 |
| PSB-S polistiren yang diperluas | 41,6 |
| Busa poliuretan | 24,3 |
| Papan serat | 20,9 |
| Polivinil klorida (PVC) | 20,7 |
| Polikarbonat | 31 |
| Polipropilena | 45,7 |
| Polistiren | 39 |
| Polietilen bertekanan tinggi | 47 |
| Polietilen bertekanan rendah | 46,7 |
| Karet | 33,5 |
| bahan atap | 29,5 |
| Jelaga saluran | 28,3 |
| Jerami | 16,7 |
| Sedotan | 17 |
| Kaca organik (kaca plexiglass) | 27,7 |
| Teksolit | 20,9 |
| Tol | 16 |
| TNT | 15 |
| Kapas | 17,5 |
| Selulosa | 16,4 |
| Serat wol dan 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 yang lebih tinggi dan menghitung nilai kalor yang lebih rendah.
- GOST 22667-82 Gas alami yang mudah terbakar. Metode kalkulasi penentuan panas pembakaran, kepadatan relatif dan nomor Wobbe.
- Gost 31369-2008 Gas alam. Perhitungan nilai kalor, massa jenis, massa jenis relatif dan bilangan Wobbe berdasarkan komposisi komponen.
- Zemsky G. T. Sifat mudah terbakar dari anorganik dan bahan organik: buku referensi M.: VNIIPO, 2016 - 970 hal.
Panas pembakaran ditentukan oleh komposisi kimia bahan yang mudah terbakar. Unsur kimia yang terkandung dalam zat mudah terbakar ditunjukkan dengan simbol yang diterima DENGAN , N , TENTANG , N , S, dan abu dan air adalah simbol A Dan W masing-masing.
YouTube ensiklopedis
-
1 / 5
Panas pembakaran dapat berhubungan dengan massa kerja zat yang mudah terbakar Q P (\gaya tampilan Q^(P)), yaitu zat yang mudah terbakar dalam bentuk yang sampai ke konsumen; dengan berat kering zat tersebut Q C (\gaya tampilan Q^(C)); menjadi massa zat yang mudah terbakar Q Γ (\displaystyle Q^(\Gamma )), yaitu bahan yang mudah terbakar yang tidak mengandung uap air dan abu.
Ada yang lebih tinggi ( QB (\gaya tampilan Q_(B))) dan lebih rendah ( Q H (\gaya tampilan Q_(H))) panas pembakaran.
Di bawah nilai kalori yang lebih tinggi memahami jumlah kalor yang dilepaskan pada pembakaran sempurna suatu zat, termasuk kalor kondensasi uap air pada saat mendinginkan hasil pembakaran.
Nilai kalori bersih sesuai dengan jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna, tidak termasuk panas kondensasi uap air. Panas kondensasi uap air disebut juga panas laten penguapan (kondensasi).
Nilai kalor yang lebih rendah dan lebih tinggi dihubungkan oleh hubungan: Q B = Q H + k (W + 9 H) (\displaystyle Q_(B)=Q_(H)+k(W+9H)),
dimana k adalah koefisien sebesar 25 kJ/kg (6 kkal/kg); W adalah jumlah air dalam bahan yang mudah terbakar, % (berdasarkan massa); H adalah jumlah hidrogen dalam zat yang mudah terbakar, % (berdasarkan massa).
Perhitungan nilai kalor
Jadi, nilai kalor yang lebih tinggi adalah jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna suatu satuan massa atau volume (untuk gas) zat yang mudah terbakar dan pendinginan produk pembakaran hingga suhu titik embun. Dalam perhitungan teknik termal, nilai kalor yang lebih tinggi diambil sebesar 100%. Panas laten pembakaran suatu gas adalah panas yang dilepaskan selama kondensasi uap air yang terkandung dalam hasil pembakaran. Secara teoritis bisa mencapai 11%.
Dalam prakteknya, tidak mungkin untuk mendinginkan produk pembakaran sampai kondensasi sempurna, oleh karena itu konsep nilai kalor rendah (QHp) telah diperkenalkan, yang diperoleh dengan mengurangkan panas penguapan uap air dari nilai kalor yang lebih tinggi, keduanya terkandung dalam zat dan yang terbentuk selama pembakarannya. Penguapan 1 kg uap air membutuhkan 2514 kJ/kg (600 kkal/kg). Nilai kalor yang lebih rendah ditentukan dengan rumus (kJ/kg atau kkal/kg):
Q HP = Q BP − 2514 ⋅ ((9 HP + WP) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-2514\cdot ((9H^(P)+W^ (P))/100))(untuk benda padat)
Q H P = Q B P − 600 ⋅ ((9 H P + WP P) / 100) (\displaystyle Q_(H)^(P)=Q_(B)^(P)-600\cdot ((9H^(P)+W^ (P))/100))(untuk zat cair), dimana:
2514 - panas penguapan pada 0 °C dan tekanan atmosfir, kJ/kg;
HP (\gaya tampilan H^(P)) Dan WP (\gaya tampilan W^(P))- kandungan hidrogen dan uap air dalam bahan bakar kerja,%;
9 adalah koefisien yang menunjukkan bahwa pembakaran 1 kg hidrogen dikombinasikan dengan oksigen menghasilkan 9 kg air.
Panas pembakaran adalah yang paling besar karakteristik penting bahan bakar, karena menentukan jumlah panas yang diperoleh dengan membakar 1 kg bahan bakar padat atau cair atau 1 m³ bahan bakar gas dalam kJ/kg (kkal/kg). 1 kkal = 4,1868 atau 4,19 kJ.
Nilai kalor yang lebih rendah ditentukan secara eksperimental untuk setiap zat dan merupakan nilai referensi. Dapat juga ditentukan bahan padat dan cair yang komposisi unsurnya diketahui dengan perhitungan sesuai rumus D. I. Mendeleev, kJ/kg atau kkal/kg:
Q H P = 339 ⋅ C P + 1256 ⋅ H P − 109 ⋅ (OP − S L P) − 25,14 ⋅ (9 ⋅ H P + WP P) (\displaystyle Q_(H)^(P)=339\cdot C^(P)+1256\ 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 ⋅ (OP + S L P) − 6 ⋅ WP (\displaystyle Q_(H)^(P)=81\cdot C^(P)+246\cdot H^(P) -26\cdot (O^(P)+S_(L)^(P))-6\cdot W^(P)), Di mana:
C P (\gaya tampilan C_(P)), HP (\gaya tampilan H_(P)), OP (\gaya tampilan O_(P)), S L P (\displaystyle S_(L)^(P)), WP (\gaya tampilan W_(P))- kandungan karbon, hidrogen, oksigen, sulfur yang mudah menguap, dan uap air dalam massa kerja bahan bakar dalam% (berat).
Untuk perhitungan perbandingan, digunakan bahan bakar konvensional, yang memiliki kalor jenis pembakaran sebesar 29308 kJ/kg (7000 kkal/kg).
Di Rusia, perhitungan termal (misalnya, perhitungan beban panas untuk menentukan kategori ruangan dalam hal ledakan dan bahaya kebakaran) biasanya dilakukan dengan menggunakan nilai kalor terendah, di AS, Inggris Raya, dan Prancis - menurut ke yang tertinggi. Di Inggris dan AS, sebelum diperkenalkannya sistem metrik, kalor jenis pembakaran diukur dalam satuan termal British (BTU) per pon (lb) (1Btu/lb = 2,326 kJ/kg).
Bahan dan bahan Nilai kalori bersih Q H P (\displaystyle Q_(H)^(P)),MJ/kg Bensin 41,87 Minyak tanah 43,54 Kertas: buku, majalah 13,4 Kayu (balok W = 14%) 13,8 Karet alam 44,73 Linoleum polivinil klorida 14,31 Karet 33,52 Serat pokok 13,8 Polietilen 47,14 Polistiren yang diperluas 41,6 Kapas mengendur 15,7 Plastik 41,87 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
Keuntungan bahan bakar gas termasuk kemudahan transportasi dan pembakaran, tidak adanya abu dan uap air, dan kesederhanaan peralatan boiler.
Bersama gas alam Gas buatan yang mudah terbakar yang diperoleh selama pemrosesan bahan bakar padat, atau sebagai hasil pengoperasian pabrik industri sebagai gas limbah, juga digunakan. 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 pada kondisi normal ditentukan 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 ( panas yang lebih rendah pembakaran gas 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.
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 kalor gas alam sangat tinggi 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, gas tersebut mengeluarkan zat beracun yang jauh lebih sedikit dibandingkan kayu bakar, batu bara, dan 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 dalam bahan bakar alami secara langsung bergantung pada simpanannya.
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.
Ciri yang membedakannya 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 hilangnya berbagai aditif. Belerang digunakan sebagai pengotor di perusahaan teknis.
Konsumsi gas alam
Butana digunakan sebagai bahan bakar di pompa bensin mobil, dan zat organik yang 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:
- Tinggi. Mempertimbangkan panas uap air yang dihasilkan selama pembakaran bahan bakar.
- Rendah. Ini tidak memperhitungkan panas yang terkandung dalam uap air, karena uap tersebut tidak 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 sejumlah besar pembakar standar sensor rumah tangga, 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.
