Гигроскопичность топлива.

Это важнейшая характеристика топлива, которая заключается в способности поглощать влагу. Знание о величине гигроскопичности необходимо для правильного выбора условий хранения топлива. Если топливо обладает высокой гигроскопичностью, то большое содержание влаги ведет к выветриванию топлива.

Выход летучих и свойства кокса.

Важнейшим свойством топлива является выход летучих.

Рассмотрим процесс горения в лабораторных условиях. При нагреве и горении топлива происходит распад горючей массы. Продукты горения разделяются на горючие и негорючие. Топливо нагревают до определенной температуры и смотрят на выход летучих.

Выход летучих определяют через нагрев 1 грамма воздушного сухого топлива без доступа воздуха. При этом меняется масса пробы. Это миниатюрная попытка к самовозгоранию. Температура 850ºC, время 7-10 минут. Качественный выход летучих: горючие – водород H₂, углеводороды C_nH_m, CO; негорючие – углекислый газ CO₂, вода H₂O. Изменение массы Δm в процентах – есть выход летучих компонентов.

Для разных видов топлив температура выхода летучих различна.

Наименование	t начала выхода, ºC	Выход летучих, %
Сланцы	100	80-90
Торф	100	70
Бурые угли	150-170	30-60
Каменные угли	230	30-50
Тощие угли и антрациты	400	40

После выхода летучих из топлива образуется коксовый остаток. Если в топливе есть битум, то топливо плавится. Это можно проверить, взяв топливо в виде порошка и нагреть. Топливо будет спекаться. Это свойство называется спекаемостью. В результате спекаемости существенно повышается прочность. В процессе спекаемости образуется более прочный кокс.

Лекция 5 (раздел 3)

Теплота сгорания и ее расчет

Элементы химической термодинамики.

Термодинамика как наука изучает макроскопические процессы в телах с колоссальным количеством атомов и молекул. В основном это аксиоматическая наука о наиболее общих свойствах подобных тел, которые находятся в термодинамическом равновесии. Принципиальным является то, что она не вносит никаких специальных гипотез и представлений о строении вещества и физической природе теплоты. Термодинамика основывается на трех законах: 1, 2 и 3 начала.

1-ое начало – закон сохранения энергии;

2-ое начало связано с направлением естественного процесса;

3-е начало утверждает невозможность процессов, приводящих к абсолютному нулю температур.

Термодинамические понятия.

Основным понятием термодинамики является состояние вещества, которое может быть представлено точкой на фазовой диаграмме.

P

1

2

V

Система, переходящая из состояния 1 в состояние 2, считается равновесной на промежуточных стадиях.

Системой называется конечная область пространства с находящимися на ней физическими и химическими объектами или телами. Граница системы может быть реальной, например, стенки сосуда, или воображаемой. Тела могут обмениваться энергией друг с другом.

Изолированной системой является система, которая не обменивается энергией с внешней средой.

Равновесное состояние системы характеризуется набором параметров: давлением P, объемом V и температурой T. Однако наряду с этими параметрами есть и другие функции: внутренняя энергия U, энтальпия H, энергия Гиббса G, энтропия S.

Функцией состояния является один из перечисленных параметров, который полностью характеризует данное состояние. Например, количество теплоты не может характеризовать состояние, потому что оно зависит от процесса. Поэтому ее можно определить лишь как энергию, передаваемую одним телом к другому при их взаимодействии и зависящих от температуры этих тел. Термоэнергия подчеркивает, что речь идет об энергии, связанной с хаотичным движением атомов и молекул.

Работа системы A также не является функцией состояния и очевидно зависит от пути.

Первое начало термодинамики.

Тепло, передаваемое системе, затрачивается на изменение внутренней энергии и совершение работы:

Q = (U₁-U₂)+ A₁₂

Это интегральная форма. Эта же формула в дифференциальной форме имеет вид:

δQ = ΔU + δA.

Теплоемкость системы – это количество теплоты, которое необходимо дать системе, чтобы ее нагреть на 1 градус Цельсия:

С = δQ/ δТ = ΔU/ ΔТ + P ΔV/ ΔТ.

Теплоемкость

С_P = ΔU/ ΔТ + Δ(РV )/ ΔТ = Δ(U+РV)/ ΔТ = ΔН/ ΔТ.

Теплоемкость

С_V = ΔU/ ΔТ.

Энтальпия реакции.

Термохимия изучает изменение теплоты во время реакции. При этом реакционный сосуд или реактор можно рассматривать как термодинамическую систему. Существуют свои условия: количество теплоты, которое приходит в систему из окружающей среды, принято называть положительным, а соответствующую реакцию – экзотермической. При этом если реакция идет при постоянном давлении, что чаще всего осуществляется на практике, величина ΔH – отрицательная. Если же теплота отводится в окружающую среду, система теряет теплоту, то реакция называется экзотермической: количество теплоты отрицательное, а ΔH – положительная.

В термохимии тепловой эффект определяется по соотношению:

ΔH = Σ ΔH_{i(продукты)} - Σ ΔH_{j(реагенты)}.

Энтальпия образования вещества.

Энтальпия образования вещества определяется как энтальпия, выделяемая или поглощаемая при образовании 1 моля вещества из соответствующих простых веществ. Обозначается ΔH_обр или ΔH_m. Если речь идет о стандартной энтальпии образования ΔH_m⁰, то это говорит о том, что рассматриваемое сложное вещество образовано из простых веществ в нормальных условиях.

Простыми веществами в стандартных условиях являются углерод (графит), кислород, азот, водород, бром и многие другие (см. справочник химика).

Для удобства принимается, что энтальпия простого вещества равна нулю.