• Сгорание этана сопровождается выделением энергии


    FAS — Глава 8. Характеристики горения газов

    Глава 8. Характеристики горения газов

    8.1. РЕАКЦИИ ГОРЕНИЯ

    Г о р е н и е — быстропротекающая химическая реакция соединения горючих компонентов с кислородом, сопровождающаяся интенсивным выделением теплоты и резким повышением температуры продуктов сгорания. Реакции горения описываются т.н. стехиометрическими уравнениями, характеризующими качественно и количественно вступающие в реакцию и образующиеся в результате ее вещества (Стехиометрический состав горючей смеси (от греч. stoicheion — основа, элемент и греч. metreo — измеряю) — состав смеси, в которой окислителя ровно столько, сколько необходимо для полного окисления топлива). Общее уравнение реакции горения любого углеводорода

    CmHn + (m + n/4) O2 = mCO2 + (n/2) Н2O + Q(8.1)

    где m, n — число атомов углерода и водорода в молекуле; Q — тепловой эффект реакции, или теплота сгорания.

    Реакции горения некоторых газов приведены в табл. 8.1. Эти уравнения являются балансовыми, и по ним нельзя судить ни о скорости реакций, ни о механизме химических превращений.

    Таблица 8.1. Реакции горения и теплота сгорания сухих газов (при 0°С и 101,3 кПа)

    Газ Реакция горения Теплота сгорания
    Молярная, кДж/кмоль Массовая, кДж/кг Объемная, кДж/м3
    высшая низшая высшая низшая высшая низшая
    Водород H2 + 0,5O2 = H20 286,06 242,90 141 900 120 080 12 750 10 790
    Оксид углерода CO + 0,5O2 = CO2 283,17 283,17 10 090 10 090 12 640 12 640
    Метан CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O 880,90 800,90 55 546 49 933 39 820 35 880
    Этан C2H6 + 0,5O2 = 2CO2 + 3H2O 1560,90 1425,70 52 019 47 415 70 310 64 360
    Пропан C3H8 + 5H2O = 3CO2 +4H2O 2221,40 2041,40 50 385 46 302 101 210 93 180
    н-бутан C4H10 + 6,5O2 = 4CO2 + 5H2O 2880,40 2655,00 51 344 47 327 133 800 123 570
    Изобутан C4H10 + 6,5O2 = 4CO2 + 5H2O 2873,50 2648,30 51 222 47 208 132 960 122 780
    н-Пентан C5H12 + 8O2 = 5CO2 + 6H2O 3539,10 3274,40 49 052 45 383 169 270 156 630
    Этилен C2H4 + 3O2 = 2CO2 + 2H2O 1412,00 1333,50 50 341 47 540 63 039 59 532
    Пропилен C3H6 + 4,5O2 = 3CO2 + 3H2O 2059,50 1937,40 48 944 46 042 91 945 88 493
    Бутилен C4H8 + 6O2 = 4CO2 + 4H2O 2720,00 2549,70 48 487 45 450 121 434 113 830

    Т е п л о в о й э ф ф е к т (теплота сгорания) Q — количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кмоля, 1 кг или 1 м3 газа при нормальных физических условиях. Различают высшую Qв и низшую Qн теплоту сгорания: высшая теплота сгорания включает в себя теплоту конденсации водяных паров в процессе горения (в реальности при сжигании газа водяные пары не конденсируются, а удаляются вместе с другими продуктами сгорания). Обычно технические расчеты обычно ведут по низшей теплоте сгорания, без учета теплоты конденсации водяных паров (≈2400 кДж/кг).

    КПД, рассчитанный по низшей теплоте сгорания, формально выше, но теплота конденсации водяных паров достаточно велика, и ее использование более чем целесообразно. Подтверждение этому — активное применение в отопительной технике контактных теплообменников, весьма разнообразных по конструкции.

    Для смеси горючих газов высшая (и низшая) теплота сгорания газов определяется по соотношению

    Q = r1Q1 + r2Q2 + ... + rnQn(8.2)

    где r1, r2, …, rn — объемные (молярные, массовые) доли компонентов, входящих в смесь; Q1, Q2, …, Qn — теплота сгорания компонентов.

    Воспользовавшись табл. 8.1, высшую и низшую теплоту сгорания, кДж/м3, сложного газа можно определять по следующим формулам:

    Qв = 127,5 Н2 + 126,4 СО + 398 СН4 + 703 С2Н6 + 1012 С8Н8 + 1338 C4H10 + 1329 C4H10 +
    + 1693 С5Н12 + 630 С2Н4 + 919 С3Н6 +1214 C4H8(8.3)

    Qн = 107,9 H2 + 126,4 CO + 358,8 CH4 + 643 C2H6 + 931,8 C8H8 + 1235 C4H10 + 1227 C4H10 +
    + 1566 C5H12 + 595 C2H4 + 884 C8H6 + 1138 C4H8(8.4)

    где H2, CO, CH4 и т.д. — содержание отдельных составляющих в газовом топливе, об. %.

    Процесс горения протекает гораздо сложнее, чем по формуле (8.1), так как наряду с разветвлением цепей происходит их обрыв за счет образования промежуточных стабильных соединений, которые при высокой температуре претерпевают дальнейшие преобразования. При достаточной концентрации кислорода образуются конечные продукты: водяной пар Н2О и двуокись углерода СО2. При недостатке окислителя, а также при охлаждении зоны реакции, промежуточные соединения могут стабилизироваться и попадать в окружающую среду.

    Интенсивность тепловыделения и рост температуры приводят к увеличению в реагирующей системе активных частиц. Такая взаимосвязь цепного реагирования и температуры, свойственная практически всем процессам горения, привела к введению понятия цепочечно-теплового взрыва — сами химические реакции горения имеют цепной характер, а их ускорение происходит за счет выделения теплоты и роста температуры в реагирующей системе.

    Скорость химической реакции в однородной смеси пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ:

    w = kС1С2(8.5)

    где С1 и С2 — концентрации реагирующих компонентов, кмоль/м3; k — константа скорости реакции, зависящая от природы реагирующих веществ и температуры.

    При сжигании газа концентрации реагирующих веществ можно условно считать неизменными, так как в зоне горения происходит непрерывный приток свежих компонентов однозначного состава.

    Константа скорости реакции (по уравнению Аррениуса):

    К = К0е-Е/RT(8.6)

    где К0 — предэкспоненциальный множитель, принимаемый для биометрических гомогенных смесей, ≈1,0; Е — энергия активации, кДж/кмоль; R

    Этан - Энергетическое образование

    Рис. 1. Модель заполнения пространства этаном: белый - водород, черный - углерод. [1]

    Этан представляет собой алкан с химической формулой C 2 H 6 . Как углеводород, он может подвергаться сгоранию с выделением тепла. Этан - один из углеводородных компонентов природного газа, который является одним из видов ископаемого топлива. [2] В чистом виде этан представляет собой бесцветное вещество без запаха. Этот газ часто находится под давлением, достаточным для превращения в жидкость.

    Содержание

    • 1 Недвижимость
    • 2 Реакция горения
    • 3 Для дальнейшего чтения
    • 4 Ссылки

    Недвижимость

    Ниже приводится таблица некоторых основных свойств этана.

    Химическая формула C 2 H 6
    Молярная масса 30,1 г / моль
    Плотность энергии 53.2 МДж / кг [3]
    Точка плавления -183 o C [4]
    Точка кипения -89 o C [4]

    Реакция горения

    Этан подвергается сгоранию углеводородов, соединяясь с кислородом с образованием диоксида углерода. Сбалансированное химическое уравнение полного сгорания этана: [5]

    2 (C 2 H 6 ) + 7 (O 2 ) → 4 (CO 2 ) + 6 (H 2 O) + тепловая энергия (энтальпия)

    Реакция горения углеводородов выделяет тепловую энергию и является примером экзотермической реакции.Реакция также имеет отрицательное значение изменения энтальпии (ΔH).

    Для дальнейшего чтения

    • Химическая энергия
    • Химическая связь
    • Горение
    • Первичная энергия
    • Технология преобразования энергии
    • Или изучить случайную страницу

    Список литературы

    1. ↑ «Этан-3D-vdW». Под лицензией общественного достояния через Wikimedia Commons - http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ethane-3D-vdW.png#mediaviewer/File:Ethane-3D-vdW.PNG
    2. ↑ «Часто задаваемые вопросы о природном газе», Pacific Northern Gas RSS. [В сети]. Доступно: http://www.png.ca/natural-gas-faqs/. [Доступ: 24 мая 2017 г.]
    3. ↑ Гленн Элерт. (2015). Гипертекст по физике - Химическая потенциальная энергия [Онлайн]. Доступно: http://physics.info/energy-chemical/ [16 февраля 2015 г.].
    4. 4,0 4,1 Чарльз Э. Офардт. (2003). Virtual Chembook - Точки кипения углеводородов [Online]. Доступно: http: // www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/501hcboilingpts.html [16 февраля 2015 г.].
    5. ↑ Д-р Колин Франс. (2014). Продукты из нефти - сжигание углеводородов [Online]. Доступно: http://www.gcsescience.com/o30.htm [16 февраля 2015 г.].
    .

    Каково стандартное изменение энтальпии сгорания этана?

    Химия
    Наука
    • Анатомия и физиология
    • Астрономия
    • Астрофизика
    • Биология
    • Химия
    • науки о Земле
    • Наука об окружающей среде
    • Органическая химия
    • Физика
    Математика
    • Алгебра
    .

    Глава 11: Горение (Обновлено 31.05.10)

    Глава 11: Горение (Обновлено 31.05.10)

    Глава 11: Combustion
    (Спасибо к Дэвид Bayless за письменную помощь. этот раздел)

    Введение - До этого точка тепла Q во всех задачах и примерах была либо заданной значение или было получено из отношения Первого закона. Однако в различных тепловые машины, газовые турбины и паровые электростанции тепло полученные в процессе сжигания с использованием твердого топлива (например,грамм. уголь или дрова). жидкое топливо (например, бензин, керосин или дизельное топливо), или газообразное топливо (например, природный газ или пропан).

    В этой главе мы познакомимся с химией и термодинамика горения типовых углеводородных топлив - (C x H y ), в котором окислителем является кислород, содержащийся в атмосферном воздухе. Обратите внимание, что мы не будем рассматривать сжигание твердого топлива или сложные смеси и смеси углеводородов, составляющих бензин, керосин или дизельное топливо.

    Атмосферный воздух содержит примерно 21% кислорода (O 2 ) по объему. Остальные 79% «прочих газов» в основном азот (N 2 ), т. предположим, что воздух состоит из 21% кислорода и 79% азота объем. Таким образом, каждый моль кислорода, необходимый для окисления углеводорода, равен сопровождается 79/21 = 3,76 моля азота. Используя эту комбинацию молекулярная масса воздуха становится 29 [кг / кмоль]. Обратите внимание, что это предполагается, что азот обычно не подвергается никаким химическим воздействиям. реакция.

    Процесс горения - Основной процесс сгорания можно описать с помощью топлива ( углеводород) плюс окислитель (воздух или кислород) под названием Reactants , которые подвергаются химическому процессу, выделяя тепло, чтобы сформировать Продукты горения таким образом, что масса сохраняется. в простейший процесс сгорания, известный как стехиометрический Сгорание , весь углерод в топливе образует диоксид углерода (CO 2 ) и весь водород образует воду (H 2 O) в продуктах, поэтому мы можем записать химическую реакцию следующим образом:


    где z известен как стехиометрический коэффициент для окислителя (воздуха)

    Обратите внимание, что эта реакция дает пять неизвестных: z, a, b, c, d, поэтому нам нужно решить пять уравнений.Стехиометрический горение предполагает отсутствие в продуктах избыточного кислорода, поэтому d = 0. Остальные четыре уравнения мы получаем в результате уравновешивания числа атомов каждого элемента в реагентах (углерод, водород, кислород и азота) с числом атомов этих элементов в товары. Это означает, что никакие атомы не разрушаются и не теряются в реакция горения.

    Элемент

    Количество в реактивах

    =

    Количество товаров

    Сокращенное уравнение

    Углерод (C)

    х

    а

    а = х

    Водород (H)

    л

    2b

    b = y / 2

    Кислород (O)

    2z

    2a + b

    г = а + б / 2

    Азот (N)

    2 (3.76) z

    2c

    c = 3.76z

    Обратите внимание, что образующаяся вода может находиться в паре или жидкая фаза, в зависимости от температуры и давления продукты сгорания.

    В качестве примера рассмотрим стехиометрическое горение метана (CH 4 ) в атмосферном воздухе. Приравнивание моляра коэффициенты реагентов и продуктов получаем:

    Теоретическое соотношение воздух и воздух-топливо -The минимальное количество воздуха, которое позволит полностью сгореть топливо называется Теоретическая Air (также именуемый Стехиометрический воздух ).В этом случае продукты не содержат кислорода. Если мы поставляем меньше теоретического воздуха, тогда продукты могут содержать углерод монооксида (CO), поэтому обычной практикой является подача более теоретический воздух, чтобы предотвратить это явление. Это превышение Воздух приведет к появлению кислорода в продукты.

    Стандартная мера количества воздуха, используемого в процесс сгорания - Air-Fuel Коэффициент (AF), определяемый следующим образом:

    Таким образом, учитывая только реагенты метана при сжигании теоретическим воздухом, представленным выше, получаем:

    Решенная задача 11.1 - дюймов эту задачу мы хотим разработать уравнение горения и определить соотношение воздух-топливо для полного сгорания н-бутана (C 4 H 10 ) с а) теоретическим воздухом и б) 50% избытком воздуха.


    Анализ продуктов сгорания - Горение всегда происходит при повышенных температурах и мы предполагаем, что все продукты горения (включая воду пар) ведут себя как идеальные газы. Поскольку у них другой газ постоянных, удобно использовать уравнение состояния идеального газа в условия универсальной газовой постоянной:

    В анализе продуктов сгорания нет представляет ряд интересных объектов:

    • 1) Что такое процентный объем конкретных продуктов, в частности диоксида углерода (CO 2 ) и углерода монооксид (CO)?

    • 2) Что такое роса точка водяного пара в продуктах сгорания? Это требует оценка парциального давления паровой составляющей воды продукты.

    • 3) Существуют экспериментальные методы объемного анализ продуктов сгорания, обычно проводится на Dry Базис , дающий процент объема всех компонентов, кроме водяного пара. Это позволяет просто метод определения фактического отношения воздух-топливо и использованного избыточного воздуха в процессе горения.

    Для идеальных газов мы находим, что мольная доля y i i-го компонента в смеси газов при определенном давлении P а температура T равна объемной доле этого компонента.
    Т.к. из молярного отношения идеального газа: P.V = N.R u .T, у нас:

    Кроме того, поскольку сумма составляющих объемов V и должны равняться общему объему V, имеем:

    Используя аналогичный подход, определяем частичную давление компонента с использованием закона парциальных давлений Дальтона:

    Решенная проблема 11.2 - дюймов эта проблема Пропан (C 3 H 8 ) сжигается с 61% избытком воздуха, который поступает в камеру сгорания при 25 ° С.Предполагая полное сгорание и полное давление 1 атм. (101,32 кПа), определите а) соотношение воздух-топливо [кг-воздух / кг-топливо], б) процентное содержание двуокиси углерода в продуктах по объему, и c) температура точки росы продуктов.

    Решенная проблема 11,3 - дюймов эта проблема Этан (C 2 H 6 ) сжигается атмосферным воздухом, и объемный анализ сухие продукты сгорания дает: 10% CO 2 , 1% CO, 3% O 2 и 86% № 2 .Разработать уравнение горения, и определить а) процент превышения воздух, b) соотношение воздух-топливо, и c) точка росы при сгорании. товары.


    Анализ горения по первому закону - Основная цель горения - выработка тепла за счет изменения энтальпия от реагентов к продуктам. Из Первого Закона уравнение в контрольном объеме без учета кинетической и потенциальной энергии изменений и, если не делать никаких работ, имеем:

    , где суммирование ведется по всем продукты (p) и реагенты (r).N означает количество молей каждого компонента, а h [кДж / кмоль] относится к молярной энтальпии каждый компонент.

    Поскольку существует ряд различных веществ нам нужно установить общее эталонное состояние для оценки энтальпии, обычно выбирают 25 ° C и 1 атм, что обычно обозначается надстрочным индексом o. Проф. С. Бхаттачарджи из Государственный университет Сан-Диего разработал экспертную систему на базе Интернета в < www.thermofluids.net > позвонил ТЕСТ ( т г E xpert S система для Т гермодинамика) в который он включил набор таблиц свойств идеального газа, все основанные на по энтальпии h o = 0 по этой общей ссылке.Мы адаптировали некоторые из этих таблиц специально для этого раздела, и их можно найти в следующая ссылка:

    Горение Таблицы молярной энтальпии

    В качестве примера снова рассмотрим полное сгорание метана (CH 4 ) с теоретическим воздухом:

    Обратите внимание, что в реагентах и ​​продуктах В приведенном выше примере у нас есть основные элементы O 2 и N 2 как а также соединения CH 4 , CO 2 и H 2 O.Когда соединение образуется, изменение энтальпии называется Энтальпия формации , обозначенной h f o , и для нашего примера:

    Вещество

    Формула

    hfo [кДж / кмоль]

    Двуокись углерода

    CO 2 (г)

    -393 520

    Водяной пар

    H 2 O (г)

    -241 820

    Вода

    H 2 O (л)

    -285 820

    Метан

    CH 4 (г)

    -74,850

    где (г) относится к газу, а (л) относится к жидкость.

    Знак минус означает, что процесс Экзотермический , т.е. при образовании соединения выделяется тепло. Обратите внимание, что энтальпия образования основных элементов O 2 и N 2 составляет нуль.

    Сначала рассмотрим случай, когда достаточно теплопередача так, чтобы и реагенты, и продукты находились на 25 ° C и давление 1 атм, и что водный продукт является жидким. поскольку нет заметного изменения энтальпии, уравнение энергии принимает вид:

    Это тепло (Qcv) называется энтальпией . горения или нагрева Стоимость топлива.Если продукты содержат жидкую воду, тогда она на выше Теплотворная способность (как в нашем примере), однако, если продукт содержит водяной пар, то это нижний предел . Теплотворная способность топлива. В энтальпия сгорания - это наибольшее количество тепла, которое может быть выпущенный данным топливом.

    Температура адиабатического пламени - Противоположная крайность приведенного выше примера, в котором мы оценили энтальпия горения - это случай адиабатического процесса, в котором тепло не выделяется.Это приводит к значительной температуре увеличение продуктов сгорания (обозначается адиабатическим Температура пламени ), которая может быть уменьшается за счет увеличения воздушно-топливной смеси.

    Решенная задача 11.4 - Определить температура адиабатического пламени для полного сгорания Метан (CH 4 ) с 250% теоретического воздуха в адиабатическом контрольном объеме.

    Это уравнение может быть решено только итеративным метод проб и ошибок с использованием таблиц Sensible Энтальпия против температуры для всех четырех составные части продукции - CO 2 , H 2 O, O 2 , и N 2 .Быстрый приближение к температуре адиабатического пламени может быть получено следующим образом: при условии, что продукты полностью состоят из воздуха. Такой подход был представленный нам Potter и Somerton в их Schaum's Очерк термодинамики для инженеров , в котором они предположили, что все продукты имеют номер N 2 . Мы считаем, что удобнее использовать воздух, принимая репрезентативное значение из Специального Теплоемкость воздуха : C p, 1000K = 1,142 [кДж / кг.K].

    Таким образом, суммируя все моли продуктов, получаем:

    Используя таблицы Sensible Энтальпия в зависимости от температуры мы оценили энтальпия всех четырех продуктов при температуре 1280К.Этот в результате общая энтальпия составила 802 410 [кДж / кмоль топлива], что составляет чрезвычайно близкое к требуемому значению, что оправдывает такой подход.

    Задача 11.5 - - Определите адиабатическую температуру пламени для полное сгорание пропана (C 3 H 8 ) с 250% теоретического воздуха в адиабатическом контрольном объеме [T = 1300 КБ].

    ______________________________________________________________________________________


    Инженерная термодинамика, Израиль Уриэли находится под лицензией Creative Общедоступное авторское право - Некоммерческое использование - Совместное использование 3.0 США Лицензия

    .

    горения | Определение, реакция, анализ и факты

    Горение , химическая реакция между веществами, обычно включающими кислород, обычно сопровождающаяся выделением тепла и света в виде пламени. Скорость или скорость объединения реагентов высока, отчасти из-за природы самой химической реакции, а отчасти из-за того, что генерируется больше энергии, чем может уйти в окружающую среду, в результате чего температура реагентов повышается. чтобы еще больше ускорить реакцию.

    Знакомый пример реакции горения - зажженная спичка. Когда зажигается спичка, трение нагревает голову до температуры, при которой химические вещества вступают в реакцию и выделяют больше тепла, чем может уйти в воздух, и они горят пламенем. Если ветер уносит тепло или химикаты влажные и трение не увеличивает температуру в достаточной степени, спичка гаснет. При правильном зажигании тепло от пламени повышает температуру соседнего слоя спички и кислорода в прилегающем к ней воздухе, и древесина и кислород вступают в реакцию сгорания.Когда достигается равновесие между общей тепловой энергией реагентов и общей тепловой энергией продуктов (включая фактическое количество тепла и излучаемого света), горение прекращается. Пламя имеет определенный состав и сложную структуру; говорят, что они разнообразны и способны существовать как при довольно низких, так и при чрезвычайно высоких температурах. Излучение света в пламени происходит из-за присутствия возбужденных частиц и, как правило, заряженных атомов и молекул, а также электронов.

    Горение охватывает большое количество разнообразных явлений, широко применяемых в промышленности, науке, профессии и в быту, и его применение основано на знаниях физики, химии и механики; их взаимосвязь становится особенно очевидной при рассмотрении распространения пламени.

    В общем, горение является одной из наиболее важных химических реакций и может считаться кульминационным этапом окисления некоторых видов веществ. Хотя когда-то считалось, что окисление - это просто сочетание кислорода с любым соединением или элементом, значение этого слова было расширено и теперь включает любую реакцию, в которой атомы теряют электроны, тем самым становясь окисленными.Как было указано, в любом процессе окисления окислитель забирает электроны у окисляемого вещества, тем самым сам восстанавливаясь (приобретая электроны). Окислителем может быть любое вещество. Но эти определения, достаточно ясные в применении к атомной структуре для объяснения химических реакций, не так четко применимы к горению, которое, вообще говоря, остается типом химической реакции с участием кислорода в качестве окислителя, но осложняется тем фактом, что процесс включает а также другие виды реакций, а также тем фактом, что это происходит в необычно быстром темпе.Более того, большинство пламен имеют в своей структуре участок, в котором вместо окисления протекают реакции восстановления. Тем не менее, главным событием при горении часто является соединение горючего материала с кислородом.

    Получите эксклюзивный доступ к контенту нашего 1768 First Edition с подпиской. Подпишитесь сегодня .

    Смотрите также