Удельная теплота сгорания

Содержание:

Самовозгорание
Главное отличие – полное сгорание и неполное сгорание
- Ключевые области сформированы
Последствия неполного сгорания топлива
Действия продуктов горения на организм человека
Еще по теме ОБРАЗОВАНИЕ ПРОДУКТОВ НЕПОЛНОГО СГОРАНИЯ:
Нестабильность
Расчет горения топлива.
Полное горение
Разница между полным сгоранием и неполным сгоранием
Пожарная опасность жидких горючих веществ
Что произошло

Самовозгорание

Некоторые вещества обладают способностью адсорбировать газы и кислород воздуха, вследствие чего увеличивается скорость окислительных реакций и повышается температура этих веществ. Если при этом создаются условия, когда приход тепла будет больше отдачи в окружающую среду, то в результате непрерывного повышения температуры такие вещества могут гореть. Процесс, при котором горение (веществ происходит в результате самонагревания, называется самовозгоранием. Ясно, что вещества, у которых процесс самовозгорания начинается при низкой температуре, представляют повышенную пожарную опасность.

Вещества, способные к самовозгоранию, разделяют на несколько групп. К I группе относятся вещества растительного происхождения, например влажное зерно, сено, опилки. Причиной повышения температуры для них являются биологические процессы; в дальнейшем повышение температуры происходит вследствие окисления, что приводит к самовозгоранию таких веществ.

Ко II группе относят каменные и бурые углы (кроме тощих углей) и торф. Самовозгоранию торфа способствуют протекающие в нем биологические процессы. Торф самовозгорается при относительно невысокой температуре (120- 140°С).

К III группе относятся масла и жиры, причем повышенную пожарную опасность представляют масла растительного происхождения (льняное масло и др.), так как они содержат непредельные органические соединения, которые могут окисляться и полимеризоваться. Животные и минеральные масла представляют значительно меньшую пожарную опасность.

Опасность самовозгорания резко возрастает в тех случаях, когда масла попадают на обтирочные материалы и на спецодежду. Образующаяся на поверхности этих материалов пленка масла адсорбирует кислород воздуха, вследствие чего происходит повышение температуры, возможно воспламенение материалов. В практике металлургических заводов известны случаи пожаров из-за самовозгорания замасленных обтирочных материалов и спецодежды.

К IV группе относятся химические вещества и некоторые соединения. К этой группе относятся вещества, способные к самовозгоранию при их контакте с воздухом, например фосфористый водород, кремниевый водород, белый фосфор, арсины, пыль алюминия и цинка, свежеприготовленные древесный уголь и сажа, металлоорганические соединения. Сульфиды железа FeS и Fe₂S₃ обладают пирофорными свойствами. При соприкосновении этих сульфидов с воздухом температура их повышается настолько высоко, что является источником воспламенения горючих веществ.

Ряд веществ воспламеняется при соприкосновении с водой, например щелочные металлы, карбиды кальция и щелочных металлов и др. Воспламенение возникает от того, что в результате взаимодействия этих веществ с водой образуются горючие газы, которые воспламеняются вследствие экзотермичности реакций. В сжатом кислороде самовозгораются масла и жиры.

Главное отличие – полное сгорание и неполное сгорание

Реакция горения – это химическая реакция, которая выделяет энергию при окислении топлива. Химические реакции, которые выделяют энергию, называются экзотермическими реакциями. Таким образом, реакции сгорания являются экзотермическими. Топливо может быть окислено окислителем. Окислителем для большинства реакций горения является атмосферный кислород. Энергия, которая выделяется в результате реакций горения, может быть как теплой, так и легкой. Энергия в основном выделяется в форме тепла; световая энергия также выделяется в виде пламени. Сжигание может происходить двумя способами: полное сгорание и неполное сгорание. Основное различие между полным и неполным сгоранием заключается в том, что при полном сгорании углекислый газ является единственным продуктом, который включает углерод, тогда как при неполном сгорании в качестве продуктов образуются угарный газ и углеродная пыль.

Ключевые области сформированы

1. Что такое полное сгорание – определение, свойства, примеры 2. Что такое неполное сгорание? – определение, свойства, примеры 3. Каковы сходства между полным сгоранием и неполным сгоранием – Краткое описание общих черт4. В чем разница между полным сгоранием и неполным сгоранием – Сравнение основных различий

Ключевые слова: двуокись углерода, окись углерода, горение, экзотермическая реакция, пламя, топливо, окисление, окислитель.

Последствия неполного сгорания топлива

По статистике всего около 5% автолюбителей выбирают АЗС ориентируясь на качество топлива. Остальные по доступности, бренду и совету друзей. Качество топлива-это в первую очередь качество его сгорания или горения

Другими словами, только 5% принимают во внимание последствия неполного сгорания. В то время как остальные или не слышали об этом ничего, или доверяют вывескам-ЕВРО5, или надеются на дельный совет друга, или используют присадки для повышения октанового, цетанового числа и депрессорные или антигели

Все перечисленные способы не оптимизируют процессы сгорания в двигателе и не влияют на его эксплуатационные характеристики. Тяжелые фракции топлива имеют высокую точку кипения. От этой характеристики и зависит насколько будет неполным сгорание.

Причины неполного сгорания:

Наличие воды, серы, смолы, парафина, соли органических кислот, механических примесей в топливе.
Непрогретый двигатель.
Неисправные инжектора.

Действия продуктов горения на организм человека

Степень токсичности веществ связана с их физической и химической природой. Взаимодействуя с организмом, продукты горения вызывают патологические синдромы.

По механизму действия на человека отравляющие компоненты в составе дыма делятся на пять групп.

Вещества, которые вызывают поражение кожного покрова и слизистой оболочки. Симптомы такого отравления продуктами горения — зуд, жжение кожи и её воспаление, боль в области глаз, век, слезотечение, кашель. Примеры — пары дёгтя, сернистый газ, формальдегид.

Продукты горения, которые вызывают острые ингаляционные отравления. Пострадавшие жалуются на одышку, кашель

При осмотре обращает на себя внимание частое дыхание, синюшность. При высокой концентрации токсичного газа может произойти остановка дыхания

Так, признаки отравления продуктами горения ПВХ могут проявиться через несколько часов. Ингаляционные отравления вызывает хлор, аммиак, оксид азота.
Продукты горения с образованием токсичных веществ, которых называют «ядами крови». Связывая гемоглобин, они нарушают доступ кислорода к тканям и запускают патологические реакции, охватывающие весь организм. Примеры — угарный газ, диоксид азота.
Продукты горения, для которых органом-мишенью является нервная система. Это бензол, сероводород.
Ферментные яды, которые воздействуют на тканевое дыхание, блокируя процессы активации кислорода. Это сероводород, синильная кислота.

Многие токсины, образующие в продуктах горения «универсальны», так как вызывают поражение сразу нескольких систем организма.

Еще по теме ОБРАЗОВАНИЕ ПРОДУКТОВ НЕПОЛНОГО СГОРАНИЯ:

ГЛОССАРИЙ
6.2. Основные источники и виды загрязнения воздушного бассейна
1.3. Некоторые положения (законы, правила, принципы), используемые в социальной и прикладной экологии
Записка от неученых к ученым русским, ученым светским,начатая под впечатлением войны с исламом,уже веденной (в 1877—1878 гг.), и с Западом — ожидаемой,и оканчиваемая юбилеем преп. Сергия
К. ПАВЛОВ «ЭТИЧЕСКАЯ СОЦИОЛОГИЯ» г. ЮЖАКОВА
Атмосфера, ее загрязнения и последствия
Пожары
§ I. Общие сведения о горении
§ 3. Явления, сопровождающие пожары
§ 3. Пожаро- и взрывоопасность среды внутри аппаратов и емкостей и меры их защиты
Сельское хозяйство как экологический фактор.
13.4. Антропогенные воздействия на потоки энергии и круговороты веществ
Пыль, тяжёлые металлы и ядовитые химические соединения
Озон и другие фотохимические окислители
Теплоэнергетика
Источники загрязнения атмосферы
ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОСОБЕННОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
ОБРАЗОВАНИЕ ПРОДУКТОВ НЕПОЛНОГО СГОРАНИЯ

Нестабильность

Нестабильность горения обычно представляет собой резкие колебания давления в камере сгорания. Эти колебания давления могут достигать 180 дБ, а длительное воздействие этих циклических давлений и тепловых нагрузок сокращает срок службы компонентов двигателя. В ракетах, таких как F1, используемых в программе Saturn V, нестабильность привела к серьезным повреждениям камеры сгорания и окружающих компонентов. Эта проблема была решена перепроектированием топливной форсунки. В жидкостных реактивных двигателях размер и распределение капель могут использоваться для ослабления нестабильности. Нестабильность горения является серьезной проблемой в наземных газотурбинных двигателях из-за NOИкс выбросы. Тенденция состоит в том, чтобы работать на обедненной смеси с коэффициентом эквивалентности менее 1, чтобы снизить температуру сгорания и, таким образом, снизить выбросы NO.Икс выбросы; однако работа на обедненной смеси при сгорании делает его очень чувствительным к нестабильности сгорания.

Рэлея критерий является основой для анализа термоакустической неустойчивости горения и оценивается с использованием индекса Рэлея в течение одного цикла нестабильности

грамм(Икс)знак равно1Т∫Тq′(Икс,т)п′(Икс,т)dт{\ Displaystyle G (x) = {\ гидроразрыва {1} {T}} \ int _ {T} q ‘(x, t) p’ (x, t) dt}

где q ‘- возмущение скорости тепловыделения, а p’ — колебание давления. Когда колебания тепловыделения находятся в фазе с колебаниями давления, индекс Рэлея является положительным, а величина термоакустической нестабильности максимальна. С другой стороны, если индекс Рэлея отрицательный, происходит термоакустическое затухание. Критерий Рэлея подразумевает, что термоакустической нестабильностью можно оптимально управлять, если колебания тепловыделения не совпадают по фазе на 180 градусов с колебаниями давления с той же частотой. Это минимизирует индекс Рэлея.

Расчет горения топлива.

Для удобства расчет горения твердого и жидкого топлива ведется на 100кг топлива, а расчет горения газообразного топлива на 100м3.

При расчете делают следующие допущения:

смешение окислителя с горючим идеальное, и горение идет до полного сгорания топлива (до СО2 и Н2О);
в системе достигнуто термодинамическое равновесие;
диссоциация продуктов сгорания и горючих принимается равной нулю.

Состав топлива для расчета должен быть пересчитан на рабочую массу.

Целью расчета является определение:

количества необходимого для горения воздуха или дутья, обогащенного кислорода.

Количество воздуха, необходимого для горения горючих компонентов топлива, определяется по стехиометрическим соотношениям, называется теоретически (химически) необходимым воздухом.

Действительный расход Lд для более полного сжигания обычно теоретический Lт, т.к. в реальных условиях газогорелочными устройствами не обеспечивается идеальное смешение.

Отношение называется коэффициентом расхода воздуха.

количества состава и плотности образующихся продуктов сгорания.

При определении количества и состава продуктов исходят из тех же уравнений горения.

температуры горения.

Различают три температуры горения: действительную, теоретическую и калориметрическую.

действительная температура – это та температура, которую имеют продукты сгорания в конкретных условиях процесса сжигания топлива, она определяется по формуле:

где – пирометрический коэффициент (определяется экспериментально);

для топочных камер = 0,95;

для мартеновских печей = 0,85-0,9;

для садочных печей = 0,8-0,85;

для проходных и протяжных = 0,7-0,75;

tk – калориметрическая температура горения, оС.

теоретическая температура горения определяется с учетом диссоциации в продуктах сгорания:

где – теплота сгорания топлива, кДж/м3 или кДж/кг;

qдисс – тепло, пошедшее на процесс диссоциации, кДж;

VП.Г. – объем продуктов сгорания, образующихся при сгорании единицы топлива, м3;

СП.Г. – объемная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(м3 оС).

калориметрическая температура определяется из условия, что все выделившееся при горении тепло расходуется на повышении температуры продуктов сгорания (т.е. для адиабатных условий):

где – физическое тепло подогретого воздуха, кДж/м3 или кДж/кг;

– физическое тепло подогретого топлива. кДж/м3 или кДж/кг;

Lд – объем воздуха на единицу топлива, м3/м3 или м3/кг;

СВ и СГ – средние теплоемкости воздуха и топлива, кДж/(м3 оС).

Калориметрическую температуру находим методом последовательных приближений, используя понятие энтальпии.

Начальная энтальпия продуктов сгорания определяется по формуле:

По значению задаемся возможным значением температуры горения и при этой температуре находим энтальпию продуктов сгорания. Если , то истинная калориметрическая температура ниже, чем . Поэтому задаемся температурой и снова находим энтальпию продуктов сгорания. Если , то действительная калориметрическая температура продуктов сгорания лежит в интервале и может быть найдена по формуле:

Окончательное значение tk следует перевести в градусы Кельвина.

Полное горение

Печь конвективного типа.| Панельная горелка.

Полное горение заканчивается в туннеле. Производительность горелок регулируется изменением давления горючего газа перед соплом инжектора.

Полное горение топлива есть процесс химического соединения горючих элементов топлива с кислородом воздуха, происходящий при определенной температуре и сопровождающийся выделением тепла. Конечным продуктом горения являются дымовые газы и очаговые остатки, состоящие из золы. Наличие в дымовых газах окиси углерода, метана или подобных газообразных продуктов приводит к потерям от химической неполноты сгорания, а остающиеся в очаговых остатках недогоревшие частицы топлива вызывают потери от механической неполноты сгорания. Основным регулятором процесса горения является воздух. От взаимодействия топлива с воздухом и способа распределения воздуха определяется интенсивность, экономичность и устойчивость процесса горения топлива.

Продутом полного горения является также серный ангидрид SOa, образующийся в относительно небольших количествах при горении иеруеодерншщих горючие ц при наличии ПйОытна кислорода.

Продукты полного горения ( дымовые газы) представляют смесь.

Признаками полного горения являются отсутствие дыма и яркое пламя.

Продуктом полного горения является также серный ангидрид SO, образующийся в относительно небольших количествах при горении серусодержащих горючих и при наличии избытка кислорода.

Для быстрого и полного горения надо кислорода больше, чем требуется по стехиометрии реакций, а с ним вносится азот. Последнего, как известно, в воздухе около 79 %, он оказывается не только бесполезным балластом, но и уносит тепло. С увеличением коэффициента избытка воздуха а температура обогреваемого пространства сначала повышается, а затем падает. Правильный выбор оптимальной величины а для каждого вида топлива и условий его сжигания весьма важен.

При полном горении продуктами сгорания, являются диоксид углерода, вода, азот, сернистый ангидрид, фосфорный ангидрид. При неполном горении обычно образуются токсичные, агрессивные, горючие и взрывоопасные продукты: оксид углерода, спирты, кетоны, альдегиды; кислоты и другие соединения.

При полном горении продуктами сгорания являются диоксид углерода, вода, азот, сернистый ангидрид, фосфорный ангидрид. При неполном горении обычно образуются токсичные, агрессивные, горючие и взрывоопасные продукты: оксид углерода, спирты, кетоны, альдегиды; кислоты и другие соединения.

При полном горении продукты сгорания могут состоять только из инертных, не способных к дальнейшему окислению газов. Так, окись углерода при полном сгорании превращается в инертный углекислый газ, водород — в инертный водяной пар, метан и другие углеводороды — в то и другое. Следовательно, при полном сгорании любого газа образуются инертные газы — водяной пар и углекислый газ. Но вместе с воздухом, подаваемым в топку, поступает не принимающий участия в горении азот. Он смешивается с водяным паром и углекислым газом и входит в состав дымовых газов. В состав дымовых газов входят также балластные газы и кислород, поступивший в топку с избыточным воздухом.

При полном горении при сжигании 1 кг углерода выделяется 7 854 ккал. Если же вследствие недостатка кислорода или низкой температуры в топке происходит неполное горение, то вместо углекислоты образуется окись углерода СО.

При полном горении продуктами сгорания являются двуокись углерода, вода, азот, сернистый ангидрид, фосфорный ангидрид. При неполном горении обычно образуются едкие, ядовитые, горючие и взрывоопасные продукты; окись углерода, спирты, кетоны, а льдегиды, кислоты.

При полном горении термодинамика позволяет однозначно найти состояние системы как в конечной, так и в любой промежуточной стадии процесса. Это объясняется тем, что смесь продуктов горения вполне можно рассматривать как термодинамически равновесную систему. При неполном горении этого сделать нельзя, так как наряду с устойчивыми продуктами горения ( СО, СО2, ПлО, Н2) получаются и промежуточные неустойчивые продукты, которые не находятся в равновесии ни между собой, ни с устойчивыми продуктами неполного горения.

Разница между полным сгоранием и неполным сгоранием

Определение

Полное сгорание: Полное сгорание — это полное окисление топлива.

Неполное сгорание: Неполное сгорание — это частичное окисление топлива.

Энергия выпущена

Полное сгорание: Полное сгорание производит большое количество энергии.

Неполное сгорание: Неполное сгорание производит низкое количество энергии.

Количество вовлеченного кислорода

Полное сгорание: Полное сгорание происходит там, где присутствует достаточное количество кислорода.

Неполное сгорание: Неполное сгорание происходит там, где не хватает кислорода.

Субпродукты

Полное сгорание: Полное сгорание производит углекислый газ и воду как главные побочные продукты.

Неполное сгорание: Неполное сгорание приводит к образованию окиси углерода, угольной пыли и воды в качестве основных побочных продуктов.

пламя

Полное сгорание: Полное сгорание создает синее пламя.

Неполное сгорание: Неполное сгорание создает пламя желтого цвета.

Влияние на окружающую среду

Полное сгорание: Полное сгорание производит углекислый газ, который может вызвать глобальное потепление.

Неполное сгорание: При неполном сгорании образуется окись углерода, которая является загрязнителем воздуха.

Заключение

Реакции горения — это экзотермические реакции, которые выделяют энергию при сжигании топлива. Полное сгорание топлива дает большое количество энергии, в то время как неполное сгорание дает меньшее количество энергии.Это главное отличие между полным и неполным сгоранием

Полное сгорание очень важно в приложениях промышленного масштаба. Неполное сгорание используется для бытовых нужд, таких как сжигание дров для выработки тепловой энергии для приготовления пищи и т

Д. Несмотря на то, что при сжигании существует ряд применений, оно вызывает выброс в окружающую среду неблагоприятных газов, которые могут действовать как загрязнители воздуха.

Пожарная опасность жидких горючих веществ

Пожарная опасность горючих жидкостей определяется температурой вспышки паров испаряющейся жидкости при (внесении источника тепла. Температура вспышки представляет собой наименьшую температуру, при которой пары горючего вещества создают над его поверхностью паровоздушную смесь, воспламеняющуюся при внесении источника тепла (например, открытого огня).

За время вспышки поверхность горючей жидкости не прогревается до температуры, достаточной для интенсивного испарения жидкости, и дальнейшее горение прекращается. Если температура жидкости в момент вспышки окажется достаточной для того, чтобы вслед за вспышкой последовало горение, то такую температуру называют температурой воспламенения горючей жидкости.

Чем ниже температура вспышки горючей жидкости, тем больше пожарная опасность По существующей классификации все горючие жидкости разделяются на два класса. К I классу относятся жидкости с температурой вспышки менее 45°С (например, бензин, спирт, эфир, керосин и др.), а ко II классу—жидкости с температурой вспышки более 45С (например, масла, мазуты и др.). Огнеопасные жидкости I класса относят к легковоспламеняющимся жидкостям, а жидкости II класса — к горючим.

Следует отметить, что пожарная опасность ряда твердых веществ (например, нафталин, фосфор, камфора и др., которые испаряются при нормальной температуре) также характеризуется температурой вспышки.

У легковоспламеняющихся жидкостей небольшая (1—2°С) разница между температурой вспышки паров и температурой воспламенения. У горючих жидкостей эта разница достигает 30 С и более.

Пожарная опасность жидкостей увеличивается с понижением температуры вспышки, температуры воспламенения и самовоспламенения, а также с увеличением скорости испарения и уменьшением нижнего предела концентрации взрывоопасной смеси паров жидкости с воздухом.

Что произошло

Почему одни вещества горят, а другие − нет?

Давайте для начала разберёмся, что такое горение.
Горение – это реакция окисления вещества кислородом. Кислород отбирает электроны у вещества, разрывает связи между атомами, встраивается в молекулу и превращает вещество в смесь оксидов.
Отличие реакции горения от другого окисления (например, от ржавления железа) в том, что в ходе реакции горения выделяется большое количество тепла.
Для того, чтобы вещество загорелось, должно выполняться 2 условия:

При его окислении выделяется большое количество тепла, достаточное для поддержания горения
Реакция окисления идёт довольно быстро

Почему кусок сахара не горит?

Окисление сахара способно выделять достаточно тепла. Это легко запомнить, если посмотреть на упаковку с печеньем и его калорийность: количество калорий в продуктах питания – это тепло, выделяемое при их окислении в организме.
Однако окисление сахара идёт довольно медленно, и поэтому сахар не горит.

Почему сахар начинает гореть, когда вы добавили пепел?

Пепел в реакции горения сахара выполняет роль ускорителя (катализатора) реакции.
Катализатор – это вещество, которое делает возможным в реальном мире протекание реакции, которая теоретически должна происходить, но на практике идёт слишком медленно.
Представьте себе, что вы находитесь в поле и вам нужно спуститься к морю, но на пути к морю выросла горная гряда. Одно дело – пойти напрямик через горы, это долго и сложно. Другое дело – найти проводника, который знает узкую тропу в ущелье и проведёт вас без утомительных и опасных подъёмов по узкому малозаметному ущелью прямо до моря. Именно такую роль и выполняет катализатор – он позволяет химической реакции найти путь к более выгодному состоянию, с минимальными затратами «сил» (энергии) по дороге.
Под более выгодным состоянием в природе обычно подразумевается минимум энергии.

Что такое пепел? Из чего он состоит?

Пепел – это вещества, которые не могут дальше гореть (окисляться). Это означает, что пепел может состоять из солей или оксидов. Он содержит карбонаты металлов – соли угольной кислоты (H₂CO₃). Именно эти вещества выступают в качестве катализаторов (ускорителей) реакции горения сахара. В качестве примера можно привести соли лития, содержащиеся, например, в сигаретном пепле. Однако пепел от простой бумаги, содержащий соли натрия и кальция, тоже может катализировать горение сахара.