Газ оспаларындаы жану кинетикасыны жне механизміні негіздері

Отынны жылу жтыш абілеті деп оны салмаыны (немесе газдара арналан клем) толы жануы кезіндегі блінетін жылу млшерін атайды. Сйы жне атты отын шін жылу жтышты асиет ккал / кг - мен, ал газ тріндегілер шін - ккал / нм² трінде болады.

Гесс заы бойынша, органикалы осылыстарды жану жылуы, оан кіретін кміртек жне сутекті жне оспа молекулаларын тзу жылуыны жиынтыы арасындаы айырмашылыа те. Отындаы негізгі жаныш ретінде кміртек саналады. Кміртектен тратын кез келген осылысты тзетін жылу кміртекті жану жылуымен салыстыранда айтарлытай аз. Сондытан да, отындаы кміртекті осылу пішініне туелсіз, жану кезінде бос кміртек келесі реакция бойынша анша жылу берсе, сонша береді:

 

С + О₂ = СО₂ + 97650ккал / г · моль,

 

немесе

 

97650 / 12 = 8137ккал / кг.

 

Сутекті арастыранда, оны оттек (0 / 8) отыныны органикалы массасына эквивалентті кіретін блігі Н₂О - мен байланысты болады жне жану жылуын блу кезінде атыспайды деп есептелінеді. Тек сутекті кміртекпен жне органикалы массадаы баса осылыстармен байланысан блігі ана жылу блу арылы жанады. Сутекті оспаларды жылу тзуі жеткіліксіз боландытан, жану кезінде бл сутек блетін жылу, ышылсыздандыру кезіндегі бос сутек блетін жылумен келесі реакциядаыдай болады деп есептелінеді:

 

H₂ + 1 / 2О₂ = H₂О_(с) + 68360ккал / кг · моль,

 

немесе келесі реакция бойынша

 

H₂ + 1 / 2О₂ = Н₂О_(бу) + 57810ккал / кг · моль,

 

Яни, егер сутек тзілсе 57810 / 2= 28905ккал жне егер бу тзілсе, 1кг сутек береді 68360 / 2 = 34180ккал.

Отындаы шінші жылу тзгіш элемент болып, сульфид (FeS, FeS₂), сульфат (CaSО₄) жне ккіртті - органикалы оспа тріндегі ккірт саналады. Отындаы барлы ккірт бос элемент ретінде SО₂ - ге дейін жанады деп есептелінеді, яни келесідей жылу бле отырып жреді:

 

69800ккал / кг немесе 69800 / 32 = 2181ккал / кг.

 

Келтірілген болжамдар бойынша отынны жылу жтыш асиеті келесідей маынаа ие болады:

 

Q_в = 81,37 · C_ж + 341,8(Н_ж - O_ж / 8) + 21,81S_ж ккал / кг, (2.1)

мндаы, С_ж, Н_ж, O_ж, S_ж - отынны жмысшы массасындаы кміртек, оттек, сутек жне ккіртті млшері, %.

 

Осы формула бойынша отынны жмысшы массасында (Q_н), гигроскопиялы ылалдылысыз жне сутек сйы суды тзілуі арылы ышылсызданады деген шартпен, жоары жылу жтышты асиетті анытайды. Отынды жау кезінде, жалпы, су бу трінде шыарылады, сйкесінше рбір ышылсыздандырылатын сутекке 289,05ккал жылу блінеді, гигроскопиялы ылалдылыты жоалуына шамамен 600ккал / кг жылу блінеді. Осы тзетулерді енгізіп, жануды тжірибелік шартын рнектейтін, отынны тменгі жылу жтышты асиетін есептеуге арналан формуланы аламыз:

 

Q_в = 81,37 · C_ж + 289,05(Н_ж - O_ж / 8) + 21,81S_ж - 6W_ж ккал / кг, (2.2)

 

мндаы, W_ж - отынны жмысшы массасындаы гигроскопиялы ылалдылыты пайызы.

 

Осы формулалар бойынша отынны жылу жтышты асиетін есептеу калорометриялы анытамалармен те жаын сйкес келеді, соны ішінде тас кмірлерді. Сондай - а, Д.И.Менделеевті, Д.П. Коноваловты, Фондрачекті эмперикалы формулаларыны есептерінде де састы бар.

Д.И. Менделеевті формуласы бойынша жылу жтышты асиет келесідей:

 

Q_в = 81С_ж + 300Н_ж - 26(О_ж - S_ж) ккал / кг, (2.3)

 

жне

 

Q_н = 81С_ж + 246Н_ж - 26(О_ж - S_ж) - 6W ккал / кг, (2.4)

 

Д.П. Коноваловты формуласы бойынша:

 

Q_н = q_о · G_O2, ккал / кг, (2.5)

 

мндаы, q_о- оттек потенциалы, яни оттекті жануы кезінде шыындалатын салмаыны бірлігіне сйкес жанышпен бірге шыарылатын жылу млшері;G_O2- оттек коэффициенті, яни 1кг отына шыындалан оттекті млшері.

 

Келесі реакция бойынша жанатын кміртек шін:

 

C +O₂ = CO₂ + 97650ккал,

 

оттек потенциалы 97650 / 32 = 3050ккал / кг райды. Оттек потенциалыны мндай шамасына кптеген органикалы осылыстар жне алыпты жылулы дегейдегі отынны барлы трлері, яни тас кмір, кокс, ааш кмір, мнай ие. лсіз минералданан отын жоары потенциала ие болады: ааш шін q_о=3250ккал / кг,торф жне жанатын сланецтер шін q_о =3160ккал / кг.

Отынны оттекті коэффициенті отынны жмысшы массасыны рамына байланысты келесі формуламен аныталады:

 

Go₂ = (8 / 3C_ж + 8H_ж + S_ж - O_ж) / 100кг(2.6)

немесе

Go₂= 0,0267C_ж + 0,08H_ж + 0,01S_ж - 0,01O_ж кг.

 

Фондрачек формуласы бойынша:

 

Q_в = (89,1 - 0,0621C_г)C_ж + 270(H_ж - 0,1O_ж) + 25S_ж ккал / кг, (2.7)

мндаы, С_г - отынны жаныш массасындаы кміртекті рамы.

 

Газ тріндегі отынны жылу жтышты абілетін, оны рациональды рамын біле отыра, оспаларды (СО₂, СН₄, C₂H₆ жне т.б.) рамына кіретін, жаныш газдарды жануыны кешенді жылулы тиімділігі ретінде есептейді. Осыан сйкес, газды оспада ылал трінде жоалатын жне суды рамында судан тратын газдарыны (10550ккал / кг · моль) жануы кезінде тзілетін жасырын жылуды ескеру керек.

Отынны р трлі трлерін салыстыру шін оларды шамасын, жылу жтышты абілеті шартты трде 7000ккал / кг болатын отын ретінде алан жн. андай да бір отынды алмастыру шін, шартты трде, берілген отынны каллориясыны шартты отынны каллориясына атынасын крсететін, оны калориялы эквивалентін анытайды.

Жану температурасы

Отынды жау кезінде таралатын барлы дерлік жылу жану німдерін жне пеш абыраларын ыздыруа кетеді. Осыан сйкес алынан температура жану жне жылу беру жадайына туелді болады. сіресе температураа шыындалатын ауаны шамасы лкен сер етеді: оны шыындары жануды газ тріндегі німдеріні млшерін жоарылатады жне соан сай нерлым ауаны шыымы жоары болса, жану температурасы тмен болады. Жануды тжірибелік теориялы температурасымен салыстыранда, жану німдері рдістегі барлы таралатын жылу тек оларды температурасын жоарылатуа жмсалатын босла ана жанатын температураны олданады.

Теориялы трде температураны отынны рамын, жануды жылулы тиімділгін жне ауа шыымын біле отырып, есептеуге болады. Осыан байланысты, егер температура жану німдеріндегі СО₂ шін (1600 - 1700°С, Н₂О шін 1700 - 1800°С) иын осылыстарды диссосациясынан жоары болса, онда теориялы температураны наты маынасы диссосация жылуыны нтижесінде алынады. Алайда, мндай есеп иын жне крделі болып келеді. Сондытан да техникалы есептеулерде жану температурасын элементарлы калорометриялы діспен, диссосация жылуынсыз, есептеумен шектеледі жне мндай діспен есептелген температураны калорометриялы деп атайды.

Калорометриялы температураны анытау шін келесі тедеуді олданады:

 

t^к = Q_н / (m₁c₁ + m₂c₂ + m₃c₃), (2.8)

 

мндаы,Q_н - отынны жануы кезінде таралатын, жану німдерін ыздыруа арналан жылу, ккал; бл жылу, егер бастапы заттар жауды алдында байланысты температураа ие болан немесе жану реакциясында блінетін жылуды, рамында жылу бар отынны жне суды жиынтыына те болса жне егер соылары ыздырылан болса: m₁, m₂, m₃ - жану німдеріні млшері кг, м³ немесе молекулярлы клемде; c₁, c₂, c₃ - жану німдеріні жылусыйымдылыы орташа 0 - денT° - а дейін боланда, жылу жтышты асиетке те болады.

 

Жану німдеріні шамасын арнайы элементтерді жану реакциясындаы отынны рамы бойынша табады. Осыан сйкес, ауамен берілетін азотты, егер жану температурасы аныталатын болса, ауа шыымымен шыарылатын арты оттек шамасын ескере отырып, ауаны 21% оттектен жне 79% азоттан трады деп алумыза болады. Сонда ауадаы азотты оттекке атынасы райды:

 

N₂ / О₂ = 79 / 21 = 2,762,

 

немесе ауадаы 1г моль оттекке 3,762г моль азот келеді. Ал ауадаы оттекті бір салматы блігіне 76,8 / 23,2 = 3,31салма.саат. келеді. Егер ауаны арты млшеріні коэффициентін алса, яни шынайы шыымны теориялыа арылы атынасы, яни отынны негізгі ож тзетін осылыстарыны жану реакциясын келесі трде жазуа болады:

 

С + (О₂ + 3,762H₂) = СО₂ + ( - 1)О₂ + 3,762Н₂О,

СО +(0,5O₂ + 1,88Н₂) = СО₂ + 0,5(- 1)O₂ + 1,881H₂О,

Н₂ + (0,5O₂ + 1,88Н₂) = Н₂O + 0,5( - 1)O₂ + 1,881Н₂О,

СН₄ + (2O₂ + 7,524Н₂) = СO₂ + 2Н₂O + 2(- 1)O₂ + 7,524H₂О.

 

Осы реакциялар бойынша жануды газ тріндегі німдеріні шамасын анытау оай. Мысалы, бірінші реакция бойынша ауаны арты шыымы 80% боланда, яни:

 

= 180 / 100 = 18,

 

1г кміртек атомы жанса 1гмоль СО₂, 0,8г моль О₂жне3,762 · 1,8 = 6,772г моль N₂ алынады.

Калорометриялы температураны есептеу кезінде жану німдерін есептеу дл сол реакциялар бойынша жреді, біра ауаны теориялы шыымы бойынша, яни = 1, осыан сйкес оларда бос оттекті жадайы арастырылмайды.

Жану німдерін есептеу салматы, молекулалы жне клемдік бірліктерде жргізілуі ммкін. Молекулалы шамаларда есептеу нерлым оайыра. Осыан байланысты теориялы температураны есептеуде оай болады. Жану німдеріндегі бос оттекті млшері ауаны арты шыымына араанда жоары болады.

ра ттінні рамын біле отырып, отынны жануы жргізілген ауа шыымыны коэффициентін анытауа болады. Егер О жне N арылы сйкесінше азот жне оттекті клемдік пайызын ра ттінде анытаса, онда ауа шыымыны коэффициенті келесі тедеумен аныталады:

 

= 1 / 1 - 3,762О / N.(2.9)

 

Кбінесе ттін газдарын талдауды ттінде тек СO₂ шамасын крсететін, газды талдаыштармен жргізеді. Егер жанатын отынны рамы белгілі болса, ауа шыымыны коэффициенті жне ттін рамын жне млшерін алу жеткілікті. Есепті жеілдету шін рамындаы СO₂ - ге байланысты ттіндегі бос оттекті рамыны туелділік формуласы келтірілген:

 

О₂ = 21 - СО₂,(2.10)

 

мндаы, O₂жне СO₂- ра ттіндегі оттек жне кмір ышылыны рамы, айт. %; - жанатын отынны рамына ана байланысты болатын коэффициент, егер кміртек, сутек жне оттек рамын С, НжнеО, %арылы алатын болса, онда:

 

= 1 + 2,375 / С(Н - О / 8).

 

Егер СO₂зерттеу арылы аныталса, онда O₂келесі формуламен аныталады (2.10):

 

N₂ = 100 - CO₂ - O₂.

 

Анытамаа енгізу кезінде N жне S рамдарын енгізу, саналмайтын шамалар ретінде есептелмеген.

Жану німдерінде оттек болмаан кезде, отынны ауаны теориялы млшерімен толы жануы кезінде, аламыз:

 

21 - ·CO₂ = 0.

 

Бл жерден газдаы СО₂ - ні е жоары шамасы райды:

 

СО₂ = 21 / , айт. %.

 

Онда ауаны арты шыымыны коэффициенті келесі атынаса жаындау болады:

 

= СO_2мах / СО_2шынд = 21 / · СО₂.

 

Ттінді газдарда СO₂ - мен атар СО - ны кейбір млшерде арастырылуы ммкін. Мндай жадайларда ттінні рамын есептеу шін СО - ны ттіндегі СO₂ жне O₂ - ге атысты туелділік формуласы енгізілген:

 

СО = 21 - O₂ -·СO₂ / - 0,4.

 

Осы формуламен есептеу шін, отынны талдау нтижесіне сйкес, ттіндегі СO₂и O₂ рамымен орналастыру керек.

Жану німіні санын жне рамын, сондай - а оларды ыздыру шін ажет жылу млшерін есептеп алып, (2.8) формула бойынша тедеу рады. Тедеуді шешу берлген шарттара сай отынны калорометриялы (теориялы) жану температурасын береді.

 

Баылау сратары:

 

1. Гомогенді жалын дегеніміз не?

2. Активация энергиясына анытама берііздер.

3. Гетерогенді жалына андай реакциялар жатады?

4. Металлургиялы агрегаттарда отынны жануы шін не ажет?

5. Отынны жылу жтышты асиеті туралы не айта аласыз жне ол алай сипатталады?

6. Гесс заы бойынша, органикалы оспаны жану рдісі алай жретінін тсіндіріп берііз.

7. Жану рдісіне анытама берііз.

8. Жану рдісі кезіндегі жалын андай болады?

9. Отынны жану температурасы туралы айтып берііз.

10. Д.И. Менделеевті формуласы бойынша жылу жтышты асиет.

Глоссарий:

1. Жану - бл, жылуды интенсивті блінуімен жне тзілетін жану німдеріні температураларыны тез жоарлауымен бірге жргізілетін, отын рамдыларды ышылсыздандырышпен химиялы осылу рдісі.

2. Отынны жылу жтыш абілеті - оны салмаыны (немесе газдара арналан клем) толы жануы кезіндегі блінетін, жылу млшері.

3. Калориметриялы температура - отынны жануы кезінде блінетін жылу тек жану німдерін ыздыруа кетеді деп есептейтін, температура.

 

Блиц - тест:

Нса

 

1. Наты рылымды жне кескінді жалынды алай атайды?

a) рт

b) Факел

c) От

d) Пештегі жалын

e) Пештегі жары

 

2. Газ тріндегі отына арналан жылу жтышты абілет алай сипатталады?

a) Ккал / г · моль

b) Кал / кг

c) Ккал

d) Ккал / нм³

e) Кг

 

3. Органикалы оспаны жану жылуын есептеуге арналан негізгі за:

a) Кеплер заы

b) Гесс заы

c) Кирхгоф заы

d) Менделеев заы

e) Энергияны сатау заы

 

4. Активация энергиясы дегеніміз не?

a) Химиялы реакция жру шін ажет, реагенттерді тйіршіктерінде есеппен 1моль болуы ажет е тмен энергия

b) Химиялы реакция жру шін ажет, реагенттерді тйіршіктерінде есеппен 1моль болуы ажет е жоары энергияны

c) Физикалы реакция жру шін ажет, реагенттерді тйіршіктерінде есеппен 100моль болуы ажет е тменгі энергияны

d) Физикалы реакция жру шін ажет, реагенттерді тйіршіктерінде есеппен 1моль болуы ажет е жоары энергияны

e) 1м² - а 10моль кететін энергия

 

5. Гомогенді жалын алай тзіледі?

a) Сйы отынды газ тріндегі ышылсыздандырышта жау кезінде

b) атты отынды газ тріндегі ышылсыздандырышта жау кезінде

c) Газ тріндегі дегіштерде сйы жне атты отынды жау кезінде

d) Газ тріндегі ышылсыздандырышта газ тріндегі дегіштерде жау кезінде

e) Газ тріндегі ышылсыздандырышта газ тріндегі отындарды жау кезінде

6. Тмен жылу жтышты абілетті наты сйкес келетін маынасы кімні эмперикалы формуласы бойынша аныталады?

a) Д.П. Коноваловты жне Фондрачекті

b) Дж.У. Гиббсті жне Вант - Гофты

c) Д.И. Менделееваті жне Д.П. Коноваловты

d) Вант - Гофты жне Д.И. Менделеевті

e) Д. П. Менделеевті и Фондрачекты

 

7. Оттекті 1г мольне анша азот сйкес келеді?

a) 3,592г моль

b) 5,382г моль

c) 3,762г моль

d) 5,268г моль

e) 1,881г моль

 

8. андай баытта факел жалынды шашыраы пештерде таралан?

a) Клдене баытта

b) рлеуді беру баыты бойынша

c) Тік баытта

d) Отынды беру баыты бойынша

e) Жоара баытталады

 

9. Тас кмір шін оттек потенциалы аншаа те?

a) q_о = 5045ккал / кг

b) q_о = 4550ккал / кг

c) q_о = 3854ккал / кг

d) q_о = 3055ккал / кг

e) q_о = 3050ккал / кг

 

10. Оттынны жануы дегеніміз не?

a) рамында отын бар осылыстарды, жылуды интенсивті демелі жылу сорышымен жне жану німдерін алыптастыратын тез тмен температуралармен жретін, физико - химиялы рдіс

b) рамында отын бар осылыстарды, жылуды интенсивті демелі жылу сорышымен жне жану німдерін алыптастыратын тез тмен температуралармен жретін, электротермиялы рдіс

c) рамында отын бар осылыстарды, жылуды интенсивті демелі жылу сорышымен жне жану німдерін алыптастыратын тез жоары температуралармен жретін, физико - химиялы рдіс

d) рамында отын бар осылыстарды ышылсыздандырыштармен осылуыны физико - химиялы рдісі

e) рамында отын бар осылыстарды ышылсыздандырыштармен, жылуды интенсивті демелі жылу сорышымен жне жану німдерін алыптастыратын тез жоары температуралармен жретін, физико - химиялы рдіс

Нса

1. Гетерогенді жалын алай тзіледі?

a) Ша трізді тарматалан атты немесе газ тріндегі сйы отынды жаан кезде

b) Сйы жне атты отынды жаан кезде

c) Газ тріндегі отынды газ тріндегі ышылсыздандырышта жаан кезде

d) Ша трізді атты немесе шашыраы сйы отынды жаан кезде

e) Тарматалан атты отынды жаан кезде

 

2. Отындаы негізгі жаныш зат болып не саналады?

a) Кміртек

b) Оттек

c) Сутек

d) Ккірт тотыы

e) Ккірт

 

3. Биомолекулярлы реакцияны жылдамдыын келесі формуламен анытауа болады:

a) = K_оm₁m₂e ^{- E / RT}

b) = KC₁m₂e ^{- E / RT}

c) = K_оC₁C₂e ^{- E / RT}

d) ₁ = KC_нC_O2

e) ₁ = Km_нC_O2

 

4. Отынны тменгі жылу жтышты абілеті алай сипатталады?

a) С_р

b) ₁

c) e ^{- E / RT}

d) Q_н

e) Q_в

 

5. р трлі оспалардаы рамында отын бар жалындарды оларды рамына байланысты шектері орнатылан. Метанны клемдік млшері аншаа те?

a) 6 - 16%

b) 2,27 - 9,5%

c) 5 - 15%

d) 4,0 - 74,20%

e) 1,41 - 6,75%

 

6. Отын тйіршіктеріні бетіндегі ышылсыздандырыш концентрацияларыны лшем бірлігі:

a) ккал

b) моль / кг

c) м³

d) моль / м³

e) моль / м²

 

7. Мартен пештеріне отын жне ауа айдан тседі?

a) Мойынды арылы

b) абат арылы

c) Клапан арылы

d) Пеш аузы арылы

e) Ауа каналдары арылы

 

8. Газ тріндегі отынды алу шін газогенераторлардаы отынны абыы андай бойлыа ие?

a) Тура бойлы

b) Клдене бойлы

c) Тік бойлы

d) рлеуді арама арсы беру

e) айтымды бойлы

 

9. р трлі оспалардаы рамында отын бар жалындарды оларды рамына байланысты шектері орнатылан. Бензолды клемдік млшері аншаа те?

a) 5 - 15%

b) 1,41 - 6,75%

c) 0,25 - 1,45%

d) 4,0 - 74,20%

e) 2,27 - 0,5%

 

10. Активация энергиясы дегеніміз не?

a) Химиялы реакция жру шін ажет, реагенттерді тйіршіктерінде есеппен 1моль болуы ажет е тмен энергия

b) Химиялы реакция жру шін ажет, реагенттерді тйіршіктерінде есеппен 1моль болуы ажет е жоары энергияны

c) Физикалы реакция жру шін ажет, реагенттерді тйіршіктерінде есеппен 100моль болуы ажет е тменгі энергияны

d) Физикалы реакция жру шін ажет, реагенттерді тйіршіктерінде есеппен 1моль болуы ажет е жоары энергияны

e) 1м² - а 10моль кететін энергия

 

 

Дріс 3