Термохимия. Закон Гесса. Следствия из закона Гесса. Теплотворная способность топлив

Раздел химии, посвящённый изучению тепловых эффектов реакций, получил название термохимия.

Термохимия базируется на 2-х основных законах: Если при образовании какого-либо соединения выделяется (или поглощается) некоторое количество теплоты, то при разложении этого соединения в тех же самых условиях такое же количество теплоты поглощается (или выделяется). Результаты термохимических изменений - тепловые эффекты реакций, относят к одному молю образующегося вещества, а количество теплоты, которое выделится при образовании одного моля соединения из простых веществ, называют теплотой образования данного соединения. Если элемент может существовать в виде нескольких простых веществ или алотропных форм, то при расчете теплоты образования этот элемент берут в виде того вещества, которое при данных условиях наиболее устойчиво. Теплообразование наиболее устойчивых при данных условиях простых веществ принимают равным нулю. Теплотообразование менее устойчивых простых веществ равны теплотам их образования из наиболее устойчивых. Химические уравнения, в которых указано количеств выделяющейся, или поглощаемой теплоты, а также агрегатные состояния реагирующих веществ, называют термохимическими уравнениями. Величина теплового эффекта зависит от природы реагирующих веществ, продуктов реакции, их агрегатного состояния и температуры. Для удобства сравнения различных реакций по величинам их тепловых эффектов последние, как правило, указываются для температур исходных веществ, равной 25 ˚С или 298 К, называемой стандартной температурой.

Важнейшей характеристикой веществ, применяемых в качестве топлива служит теплота их сгорания, которая характеризует количество теплоты, выделяющейся при сгорании 1 моля вещества.

Закон Гесса: тепловые эффекты реакций зависят только от начального и конечного состояний веществ и не зависят от промежуточных стадий процесса. Следствие из закона Гесса: тепловой эффект химической реакции равен суме теплот образования получившихся веществ за вычетом суммы теплот образования исходных веществ. Полу-суммирование осуществляется с учётом числа молей, участвующих в реакции веществ в соответствии с её уравнением. Теплотворная способность топлива Качество топлива характеризуется его теплотворной способностью Q и измеряется количеством тепла, выделяющегося при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого или I нормального кубического метра (1 нм3)1 газообразного топлива. Для твердого и жидкого топлива эта величина имеет размерность ккал1кг, для газообразного — ккал/нм3.Теплотворная способность рабочей массы топлива обозначается: <?р ккал/кг — для твердого и жидкого топлива и Qp ккал1нм3 — для газообразного.Принято считать, что если теплотворная способность топлива учитывает, кроме тепла, выделившегося при его сгорании, также и тепло, полученное при преобразовании продуктов горения в воду при 100°С, то такая теплотворность называется высшей (QP).

Если при определении теплотворной способности топлива было учтено тепло, расходованное на испарение влаги, такая теплотворность называется низшей (Qp). При практических расчетах пользуются последней.

Теплотворная способность твердого и жидкого топлива определяется либо опытным путем, либо расчетным по формуле Д. И. Менделеева:

Qp = 81Ср + 300НР — 26(0? — SP) ККАЛ/КГ;

Qp = 81Ср + 300НР — 26(Ор — Sp) — 6(9Нр +WP) ККАЛ/КГ.

Теплотворная способность газообразного топлива определяется по формулам, полученным методом суммирования произведений тепловых эффектов горения газов на их процентное содержание:

QB = 30.5СО + 30,5Н2 + 95,ЗСН4 + 152,5С2Н4 + 4- 60,0H2S ККАЛ/НМ3;

Q„ = 30.5СО + 25,8Н2 + 85,9СН4 + 143,0С2Н4 + 4- 55,2H2S ККАЛ/НМ3.

Для сравнения тепловой ценности различных видов топлива применяется общая единица измерения—так называемое условнее топливо, теплотворная способность которого 7000 ккал/кг. Для перевода любого топлива в условное необходимо действительную теплотворную способность разделить на 7000 ккал/кг. Полученное отношение называется калорийным эквивалентом. Естественно, что чем больше калорийный эквивалент топлива, тем оно ценнее.Теплотворная способность и калорийные эквиваленты некоторых наиболее распространенных видов топлива приведены в табл. у. Сжигание топлива и использование тепла отходящих газовТеплотворная способность и калорийные эквиваленты некоторых видов топлива

Горение топлива начинается только в том случав,- когда температура в топливосжигающем устройстве доведена до температуры воспламенения. Последняя величина переменная и зависит от вида топлива и условий, в которых совершается процесс горения.Горение топлива считается полным, если в продуктах горения произошло окисление горючих составляющих до ССЬ, ШО, SO2 и -при этом отсутствует свободный кислород.Зная состав топлива, можно подсчитать по формулам, приведенным в специальной литературе, теоретическое количество воздуха, необходимое для полного его сжигания. Так как практически нельзя достичь равномерного смешения воздуха с горючими составляющими топлива, то для обеспечения полного его сгорания необходимо подвести большее количество возудха по сравнению с теоретически необходимым.Отношение количества практически подведенного воздуха 1пр к количеству теоретически необходимому LTeop называется коэффициентом" избытка воздуха:

Величина коэффициента избытка воздуха колеблется в пределах от 1,03 до 1,7. Нижний предел относится к газообразному и жидкому топливу, верхний — к твердому топливу.

Следует помнить, что увеличение избытка воздуха вызывает дополнительный расход тепла для его нагрева, а также увеличение количества отходящих продуктов горения, которые уносят большое количество тепла в атмосферу и тем самым снижают температуру нагревательной среды печи. Поэтому необходимо всегда стремиться к полному сжиганию топлива при минимальном коэффициенте избытка воздуха.

Критерием полноты горения служит цвет пламени. При недостатке воздуха пламя длинное, красного цвета с черными прожилками. Большой недостаток воздуха вызывает неполное сгорание топлива и появление черного дыма.При избытке воздуха получается короткое, острое (колючее) пламя с ярко светящимися язычками. Такое пламя нагревает маталл неравномерно, вызывает местный его перегрев и даже оплавление. При этом увеличивается расход топлива, угар металла и вместе с тем снижается температура в печи.

Пламя молочно-белого цвета, без ярких языков в топливо-сжигающем устройстве является признаком оптимального количества воздуха.