Теплота сгорания водорода как найти

Удельная теплота сгорания водорода.

Удельная теплота сгорания водорода:

Теплота сгорания — это количество выделившейся теплоты при полном сгорании массовой (для твердых и жидких веществ) или объёмной (для газообразных) единицы вещества (топлива).

Удельная теплота сгорания — физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании вещества (топлива) массой 1 кг.

Удельная теплота сгорания обозначается буквой q и измеряется в Дж/кг или калория/кг. При этом, 1 Дж = 0,2388459 кал.

Для экспериментального измерения этой величины используются методы калориметрии.

q = Q / m,

где Q – количество теплоты, выделяющееся при сгорании данного вещества (топлива),

m – масса вещества (топлива).

Чем больше удельная теплота сгорания вещества (топлива), тем меньше удельный расход вещества (топлива) при той же величине коэффициента полезного действия (КПД) двигателя.

Различают высшую Q_В и низшую Q_Н теплоту сгорания.

Под высшей теплотой сгорания понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании вещества (топлива), включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.

Низшая теплота сгорания соответствует тому количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании вещества (топлива), без учёта теплоты конденсации водяного пара. Теплоту конденсации водяных паров также называют скрытой теплотой парообразования (конденсации).

Удельная теплота сгорания водорода (q_В) в воздухе составляет 141,8 МДж/кг и 12,75  (11,87) МДж/м³.

Удельная теплота сгорания водорода (q_Н) в воздухе составляет 120,971 МДж/кг и 10,79 (10,05) МДж/м³.

Удельная теплота сгорания водорода (q_В и q_Н), выраженная в МДж/кг, приведена при температуре 25 °C, удельная теплота сгорания водорода (q_В и q_Н), выраженная в МДж/м³, приведена при температуре 0 °C  (20 °C) и 101, 325 кПа.

Источник: https://en.wikipedia.org, ГОСТ 22667-82 Газы горючие природные. Расчетный метод определения теплоты сгорания, относительной плотности и числа Воббе

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

Коэффициент востребованности
229

Уде́льная теплота́ сгора́ния то́плива — физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг.

Удельная теплота сгорания измеряется в Дж/кг или калория/кг (1 Дж = 0,2388459 кал). Для экспериментального измерения этой величины используются методы калориметрии.

Определить удельную теплоту сгорания топлива можно по формуле

где — удельная теплота,
— количество теплоты, выделяющееся при сгорании этого топлива,
— масса топлива

Чем больше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше удельный расход топлива при той же величине коэффициента полезного действия (КПД) двигателя.

Теплота сгорания на основе справочника по физике под редакцией Х.Кухлинга^[1][править | править код]

Для сравнения средняя энергия, выделяющаяся при распаде одного ядра урана-235 с учётом распада осколков, составляет приблизительно 202,5 МэВ = 3,244⋅10⁻¹¹ Дж, или 19,54 ТДж/моль = 83,14⋅10⁶ МДж/кг.

См. также[править | править код]

• Теплота сгорания
• Адиабатическое горение
• Воздух

Примечания[править | править код]

Лекция № 3 Теплота сгорания топлива.

При сгорании топлива выделяется теплота. За единицу измерения количества теплоты (работы и энергии) в системе СИ принимают джоуль (дж = н·м).

Джоуль определяется как работа, производимая силой в 1 ньютон (1 н) при перемещении точки приложения этой силы на 1 метр (1 м) по ее направлению (1 дж = 1 н·м). Широкое распространение в науке и технике получила международная калория (кал).

1 кал = 4,187 дж.

Горение элементов топлива может быть полным и неполным. При полном сгорании образуются конечные продукты – углекислый газ и водяной пар и выделяется максимум тепла. Количество тепла, которое выделяется при полном сгорании единицы топлива(1 кг или 1 м³), называется теплотой сгорания.

Теплота сгорания углерода зависит от его состояния: аморфного (древесный уголь, сажа) или кристаллического (алмаз, графит, кокс). Углерод, полученный при горении углеводородов, находится в аморфном состоянии. Рассмотрим основные тепловые эффекты реакции горения аморфного и кристаллического углерода.

С_ам + О₂ = СО₂ + 410 Мдж/кмоль

С_кр + О₂ = СО₂ + 394 Мдж/кмоль

Следовательно, теплота сгорания аморфного углерода составляет

Рекомендуемые материалы

410/12 = 34,1 Мдж/кг;

а теплота сгорания кристаллического углерода снижается до

394/12 = 32,8 Мдж/кг.

Теплота сгорания водорода зависит от агрегатного состояния продукта реакции горения водорода

Н₂ + 0,5О₂ = Н₂О_ж + 286 Мдж/кмоль

Н₂ + 0,5О₂ = Н₂О_г + 242 Мдж/кмоль

Теплота сгорания водорода соответственно составляет

286/2 = 143 Мдж/кг и 242/2 = 121 Мдж/кг.

Естественно, что теплота сгорания при условии образования Н₂О в виде жидкости выше, т.к. при конденсации пара в воду выделяется скрытая теплота парообразования 2260 кдж/кг. Так возникает понятие о высшей и низшей теплоте сгорания.

Максимальная теплота сгорания с учетом теплоты конденсации водяных  паров называется высшей и обозначается Q_в. Количество теплоты, выделяющееся при сгорании единицы топлива без конденсации водяных паров, называется низшей теплотой сгорания, обозначается Q_н.

В практике работы печей уходящии продукты сгорания имеют температуру, превышающую 100 ^оС, следовательно, имеется в виду низшая теплота сгорания. Теплоту сгорания газообразного топлива можно определять расчетным путем, а твердого и жидкого экспериментальным. Это связано с тем, что определение теплоты сгорания расчетным путем может быть строгим лишь в том случае, когда известны химические соединения, составляющие горючую массу топлива, и теплоты сгорания этих элементов.

Экспериментальное определение теплоты сгорания.

Теплоту сгорания топлива определяют в специальных приборах, которые называются калориметрами. Калориметрическая установка для определения теплоты сгорания твердого топлива представляет собой металлический сосуд с двойными стенками, заполняемый водой. Во внутренний сосуд устанавливают калориметрическую бомбу с навеской топлива. Бомба представляет собой пустотелый толстостенный цилиндр из кислотоупорной стали, заполняемый кислородом под давлением. После установки бомбы в калориметр температура всей системы уравнивается. Навеска топлива воспламеняется при помощи электрической искры и сгорает, выделяя тепло, которое поглощает вода калориметра. При сжигании навески топлива с массой Р, г повышается не только температура воды в калориметре с массой М, г, но и температура всех частей прибора. Тепло, затраченное на нагревание всех частей калориметра, выражают через водяной эквивалент W.

Водяным эквивалентом называется то количество воды, для повышения температуры которой на 1 гр требуется столько же тепла, сколько нужно для повышения температуры всех частей прибора на 1 гр (теплоемкость воды равна 4,187 дж/(г·гр)).

При экспериментальном определении теплоты сгорания газообразного топлива, в калориметре получают высшую теплоту сгорания топлива, а низшую – рассчитывают по высшей.

Связь между высшей и низшей теплотой сгорания.

В продуктах сгорания твердых и жидких топлив водяные пары образуются при сгорании водорода топлива, а также при испарении начальной влаги топлива. Если в рабочем топливе содержится Н^р кг водорода, то образуется 9·Н^р кг водяного пара и разница между высшей и низшей теплотой сгорания составит 2500·(W^p + 9·Н^р) кдж/кг. Число 2500 кдж/кг является приблизительной разницей между высшей и низшей теплотой сгорания на 1 кг Н₂О.

При сжигании газообразного топлива водяные пары в продуктах сгорания образуются при горении водорода и углеводородов, а также переходят из влаги топлива и воздуха.

Расчетный метод определения теплоты сгорания.

Теплоту сгорания газообразного топлива можно рассчитать, если известны тепловые эффекты реакций горения и химический состав топлива по следующей формуле

Q_н = 127,7CO + 108H₂ + 358CH₄ + 590C₂H₄ + 555C₂H₂ + 636C₂H₆ +

     + 913C₃H₈ + 1185C₄H₁₀ +1465C₅H₁₂ + 234H₂S кдж/м³,

где 127,7; 108 и т. д – тепло, выделяемое при сгорании 1 % СО; Н₂ и т. д;

       СО; Н₂ и т. д – содержание горючих составляющих топлива, %.

Следует отметить, что расчетная величина теплоты сгорания может немного отличаться от опытной, т.к. в газе содержаться пыль и смолы.

Нахождение теплоты сгорания твердого и жидкого топлив расчетным способом носит приближенный характер, т.к. это топливо анализируют не по химическим соединениям, а лишь по химическим элементам.

Д. И. Менделеев предложил следующую формулу для определения теплоты сгорания твердого и жидкого топлив

Q_в = 340С^р + 1260Н^р – 109(О^р – S^p) кдж/кг

Рекомендация для Вас – 2 Современное состояние использования микроорганизмов.

Формула Менделеева для определения низшей массовой теплоты сгорания топлива принимает вид

Q_н = 340С^р + 1030Н^р – 109(О^р – S^p) – 25W^p кдж/кг,

где W – содержание влаги в топливе в % по массе.

Условное топливо

Каждое топливо имеет различную теплоту сгорания. Для удобства учета, сравнения и пересчета с одного топлива на другое было предложено принять за единицу учета такое топливо, теплота сгорания которого составляет 29,3 Мдж/кг (7000 ккал/кг), и назвать его условным. Пересчеты можно производить для любого топлива – твердого, жидкого и газообразного.

Условное топливо очень удобно для сравнения экономичности работы печей, работающих на различном топливе. При сравнении определяют расход условного топлива на единицу нагреваемого в печи материала (кг/т)

Содержание к статье:

1. Теплота сгорания.
2. Взрывоопасность.
3. Воспламенение от статического электричества.
4. Самовоспламенение.

Вывод

1. Теплота сгорания

Самое главное преимущество водорода по сравнению со всеми прочими видами топлив это его наивысшая теплота сгорания (ТС), т.е., это количество теплоты, выделяющееся при сгорании единицы массы или единицы объёма топлива. Измеряется в МДж/кг или МДж/м3. Итого:

• для водорода – 120 МДж/кг;
• природного газа – 55;
• бензина – 48;
• дизельного топлива – 36.

При этом объёмная теплота сгорания:

• для водорода – 13 МДж/м3;
• природного газа – 40;
• бензина – 35;
• дизельного топлива – 30.

Получается, что водород при наибольшей ТС на единицу массы имеет наименьшую объёмную ТС. В ЭТОМ ОДНА ИЗ ГЛАВНЫХ ПРОБЛЕМ ВОДОРОДА И ВСЕЙ ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ: запас водорода в больших количествах потребует вместительных, а значит громоздких систем аккумулирования и, как следствие, дорогостоящих. В этом случае необходимо прибегать к увеличению плотности запасаемого водорода, т.е., увеличению концентрации в единице объема (кг/м3). Это можно сделать тремя способами:

• компримирование;
• ожижение;
• применение специальных абсорбентов, как на органической, так и на неорганической основе, которые при определённых давлении и температуре водорода поглощают и затем испускают его при очередном изменении температуры сорбента.

Но все эти методы дороги и энергозатратны.

2. Взрывоопасность

• пределы взрываемости при смешении с окислителем: в смеси с воздухом – 18-60%об., с кислородом – 15-90 %об. Т.е., 15%-я объёмная доля водорода в смеси с кислородом оказывается уже достаточной для реакции окисления со взрывом;
• пределы воспламенения также широкие: в смеси с воздухом – 4-75%об., с кислородом – 4-95%об.

3. Воспламенение от статического электричества

Для воспламенения смеси водорода с окислителем достаточно импульсного разряда статического электричества (микро-вспышка). Энергия такой микро-вспышки примерно 0,018 мДж (милли Джоули) или 0,000018 Дж. И это в !!!14 раз!!! меньше, чем, на пример, для пропана.

Так, на пример, для 50%-й водородо-воздушной смеси минимальная энергия воспламенения составляет 0,08 мДж. А для чистой водород-кислородной смеси эта энергия ещё меньше.

4. Самовоспламенение

Водород в смеси с окислителем самовоспламеняется. Температура самовоспламенения с воздухом порядка 500 °С, а с кислородом – 450 °С. Достаточно всего лишь нагреть.

Вывод

Водород – ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНЫЙ энергоноситель! Для инициации реакции окисления со взрывом достаточно и микро-вспышки от статического электричества, а то и вовсе за счет только нагрева. Но это еще не значит, что все так плохо! Человек подчинил себе энергию атома! Мы живем в век развития ядерных технологий! Энергия атома гораздо мощнее взрывной реакции горения водорода, что тут говорить? Поэтому ПРИ УМЕЛОМ ОБРАЩЕНИИ даже самая опасная технология становится безопасной. Так всегда было и так всегда будет.

Если Вам понравился материал, то жду подписки (лайкать тоже не забываем) и идем дальше…