Структурно-химические параметры органической массы ТГИ
и их расчёт
Структурно- химические параметры рассчитываются на единицу ТГИ, в частности на 100г их органической массы. Зная элементный состав ОМ по углероду, водороду, кислороду, азоту и серы, запишем:
Co+Ho+Oo+No+So=100, (1.3)
где Co, Ho, Oo, No и So – содержание углерода, водорода, кислорода, азота и серы в органической массе ТГИ,%.
Согласно разработанной теории при оценке качества органической массы ТГИ по структурно- химическим параметрам используются следующие показатели:
основной: степень ненасыщенности углеродного скелета молекулы ОМ 
,
дополнительные:
количество грамм – атомов отдельных элементов (nат ),
общее число химических связей (nсв ),
относительное количество атомов отдельных элементов ( nэ/mэ )
вклад всех элементов в показатель качества ОМ ТГИ (nат/nc).
Далее изложена методика расчёта перечисленных показателей органической массы твёрдых горючих ископаемых, в том числе каменных углей.
1.2.1. Структурный параметр
Характеризует степень ненасыщенности водородом углеродного скелета органической массы молекулы. Представляет собой разницу между общим числом химических связей в молекуле и общим числом, содержащихся в ней атомов. На раскрытие одного цикла (R) молекулы органического вещества необходимо 2R атома водорода, на разрыв nсв необходимо 2 nсв атомов водорода. Рассчитывается величина по уравнению:
= 2(nсв – nат), (1.4)
где nсв- общее число химических связей,
nат – общее число гамм-молей отдельных атомов.
Общее число химических 
- и 
- связей в молекуле органической массы ТГИ составит:
nсв= 
ni wi , (1.5)
где ni - число атомов i-го типа в молекуле;
wi - валентность отдельных атомов, т.е. wC , wH , wN , wO и wS.
Расчёт количества химических связей углеродного скелета органических соединений базируется на данных валентного состояния её атомов: углерода, азота и кислорода. Эти данные приведены в табл. 1.
Таблица 1.1 - Валентные состояния различных атомов органической массы
ТГИ
| № п/п | Атом | Соединение | Обозначение | Валентное состояние |
| Углерод Азот Кислород | Алифатическое Ароматическое Пиридин Пиррол Кэтон Эфир | CAL CAR Nпир Nпирр Окэт Оэф | > C < – C < – N = – N ≤ О = – О – |
Соответственно приведенным данным в табл.1.2 представленны валентности отдельных атомов, а также водорода и серы.
Таблица 1.2 - Число валентности отдельных атомов ОМ ТГИ
| Атом | CAL | CAR | H | Nпир | Nпирр | Oкэт | Oэф | S |
| Валентность |
Согласно разработанной теории молекула органической массы твёрдого топлива рассматривается как граф. Вершинами графа являются атомы, а рёбра – химические связи. При этом в структуре ОМ ТГИ имеются только одинарные и двойные связи. Тогда с учётом формулы (1.5) величина nсв рассчитывается по уравнению:
nсв = 
. (1.6)
Общее число грамм – молей отдельных атомов в составе молекулы ОМУрасчитывается по уравнению:
nат = 
, (1.7)
где 12,14,16 и 32 – округленные значения атомных масс углерода, азота, кислорода и серы. Атомная масса водорода равна 1.
Дополнительные показатели
Они используются для дополнительной качественной оценки отдельных видов и марок ТГИ:
nат и nсв – рассчитывается по уравнениям (1.6) и (1.7);
ni – относительное число грамм - атомов элементов углерода, водорода, азота, кислорода и серы в органической массе ТГИ. Определяется по уравнению:
ni= Ai /mi, (1.8)
где Ai содержание элементов C, H, O, N и S на органическую массу топлива (%). Очевидно Cо + Hо + Oо + Nо + Sо = 100.
mi – атомные массы углерода, водорода, азота, кислорода и серы соответственно 12, 1, 14, 16 и 32;
nат / nс – параметр, учитывающий вклад всех элементов органической массы ТГИ на её показатели. Рассчитывается по уравнению:
. (1.9)
Таким образом, на основании данных об элементном составе органической массы угля рассчитываются его структурно- химические параметры (nат, nсв, nЭ, nат / nс). Их значения используются для оценки марки ТГИ, их физико – химические и технологические свойства и эффективность использования в различных технологических процессах переработки.
Глава 2. Расчёт физико - химических и технологических