 |
Вещества и традиционного вида топлива (бензина)
|
|
|
|
| Характеристики | Бензин | Вещество (расчет) |
| Низшая теплотворная способность топлива, Qн , (МДж/кг) | 43,3 – 44,0 | |
| Низшая теплота сгорания топливовоздушной смеси, q н (кДж/м3) | 3439 - 3910 | |
Стехиометрическая потребность воздуха в процессе сгорания,  (кг воздуха / кг топлива)
| 14,9 |
ЛИТЕРАТУРА
Основная:
1. ХИМИЯ: теория, справочные материалы, лабораторные работы, контрольные задания и примеры решения задач: учеб. пособие для вузов / Г.Ю. Остаева, [и др.]; под общей ред. проф. И.М. Паписова. – 3-е изд., дополн. и перераб. – М.: МАДИ, 2013.
2. Коровин, Н.В. Общая химия: учебник / Н.В. Коровин. – М.: Академия, 2012.
Дополнительная:
1. Глинка, Н.Л. Общая химия: учебник / Н.Л. Глинка. – М.: КноРус, 2012.
2. Глинка, Н.Л. Общая химия: учебник / Н.Л. Глинка; под редакцией В.А. Попкова, А.В. Бабкова. – М.: Юрайт, 2013.
3. Колчин, А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: учеб. пособие для вузов / А.И. Колчин, Демин В.П. – М.: Высшая школа, 2008.
4. Льотко, В. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания / В. Льотко, В.Н. Луканин, А.С. Хачиян. – М.: МАДИ (ТУ), 2000.
5. Мысник, М.И. Анализ теплофизических свойств альтернативных топлив для двигателей внутреннего сгорания / М.И. Мысник, А.Е. Свистула / Ползуновский вестник № 1– 2. 2009. С.37– 43.
3. Методика выполнения курсовой работы (примеры)
Задание. На основании зависимости эксплуатационных свойств топлив от их физико-химических характеристик и термодинамических расчетов рассмотреть возможность использования метана СН4(г)(пример 1)и этилового спирта С2Н5ОН(ж) (пример 2) в качестве альтернативного топлива или добавки к традиционным видам топлив.
Пример 1
Физико-химические свойства
Метан – бесцветный газ без запаха; температура плавления -182,48 °С; температура кипения – 161,49 °С; молярная масса 16,04 г/моль; плотность по воздуху 0,555 г/см3 (20 °С); критическое давление 4,58 МПа; температура вспышки – 187,9 °С, температура самовоспламенения 537,8 °С; практически нерастворим в воде; хорошо растворим в углеводородах, их галогенопризводных, эфирах.
|
|
|
Метан является компонентом природных (до 99,5%), нефтяных попутных (39 – 91%), болотных (свыше 99%) и рудничных (34 – 48%) газов. Образуется при анаэробном разложении растений («болотный газ»).
Расчет термодинамических величин
2.1. Реакция горения в воздухе:
С n Н m O r + 
×(O2 + 3,75 N2) 
n CO2(г) + 
H2O(ж) + 
×3,75 N2.
Для метана СН4: n =1, m =4, r =0:
CH4(г) + 2(O2 + 3,75N2) CO2(г) + 2H2O(ж) + 7,5N2.
2.2. Табличное значение стандартной энтальпии сгорания метана 
=−890,31 кДж/моль.
Следовательно, высшая энтальпия сгорания топлива 
равна:
−890,31 кДж/моль СН4.
2.3. Высшая теплота сгорания топлива QВ:
Qв 
55644 кДж/кг СН4 ≈
≈55,6 МДж/кг СН4.
2.4. Низшая энтальпия сгорания топлива 
рассчитывается по уравнению реакции:
С n Н m O r + ×(O2+3,75 N2)
n CO2(г) + H2O(г)+ ×3,75 N2.
Для метана
CH4(г) + 2(O2 + 3,75N2) CO2(г) + 2H2O(г) + 7,5N2.
Низшая энтальпия сгорания отличается от высшей на энтальпию конденсации водяного пара 
=−44,01 кДж/моль. Из уравнения реакции горения метана видно, что образуется два моля воды. Поэтому
– 
−890,31+2∙44,01=
=−802,29 кДж/моль.
2.5. Низшая теплота сгорания топлива QН:
QH 
50143 кДж/кг СН4 ≈
≈50,1 МДж/ кг СН4.
2.6. Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг метана:
=17,1 кг воздуха/кг топлива
2.7. Количество топливовоздушной смеси:
М1 = 1топлива + (О2 + 3,75N2)=1+2(1+3,75)=10,5 моль.
2.8. Низшая теплота сгорания топливовоздушной смеси q н, она же калорийность стехиометрической смеси топлива с воздухом:
кДж/м3.
Таблица 5
Сравнительные характеристики (QН, , q н)
Метана и бензина
| Характеристики | Бензин | Метан | |
| Справочные данные | Расчет | ||
| Низшая теплотворная способность, Qн (МДж/кг) | 43,3 – 44,0 | 50,0 | 50,1 |
| Низшая теплота сгорания топливовоздушной смеси, q н (кДж/м3) | 3439 − 3910 | ||
| Стехиометрическая потребность воздуха в процессе сгорания, (кг воздуха / кг топлива)
| 14,9 | − | 17,1 |
Выводы
|
|
|
Приведенные расчеты термодинамических параметров метана показывают, что этот вид топлива превосходит по теплотворной способности бензин, имеет высокую теплоту сгорания, но при сгорании метана требуется подвод большего количества воздуха (табл. 5).
Метан имеет хорошие эксплуатационные характеристики и привлекательные цены.
Метан не токсичен, имеет IV класс опасности. ПДК 300 мг/м3. При использовании метана значительно снижаются вредные выбросы. Например, в отработавших газах оксида углерода меньше в 2 – 3 раза, по сравнению с бензином, а сажа и соединения серы и свинца отсутствуют.
Возможно переоборудование для работы на метане практически любых бензиновых двигателей: карбюраторных, инжекторных и дизельных.
При использовании метана в качестве моторного топлива возникает одна проблема – компактно его можно хранить только в сжатом виде под давлением в 250 атмосфер. Для сжижения, сжатия, хранения и транспортирования метана требуется специальное оборудование.
Пример 2.
|
|
|
