ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z GEWiŚ

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z GEWiŚ
Cz. I
1. Klasyfikacja i rodzaj paliw
Paliwami — nazywamy substancje zawierające określony związek chemiczny lub
mieszaniny różnych pierwiastków i związków chemicznych, które mogą wydzielać ciepło (w
trakcie spalania)
Paliwa dzielimy ze względu na stan skupienia oraz ze względu na pochodzenie:
• naturalne (węgiel kamienny, brunatny, torf, drewno, ropa naftowa, gaz ziemny)
• sztuczne — wytworzone przy przeróbce paliw naturalnych (koks)
• odpadowe — będące produktami ubocznymi różnych procesów.
Podstawowymi składnikami paliw są następujące pierwiastki: C, H, S oraz pierwiastki
niepalne jak O, N oraz nieznaczne ilości związków mineralnych.
Podstawowymi właściwościami paliw określającymi ich przydatność energetyczną są: ciepło
spalania i wartość opałowa.
Ciepło spalania (HO) — jest to ilość ciepła wydzielona przy całkowitym, zupełnym spaleniu
jednostki masy lub objętości paliwa, po oziębieniu produktów spalania do temp. początkowej
z jednoczesnym skropleniem pary wodnej zawartej w spalinach.
Wartość opałowa (H) — jest to ilość ciepła wydzielona przy całkowitym, zupełnym spaleniu
jednostki masy lub objętości paliwa, po oziębieniu produktów spalania do temp. początkowej
bez wykroplenia pary wodnej zawartej w spalinach.
HO = H + r(9h + w) kJ/kg
r — ciepło odparowania wody (2,5 MJ/kg)
w — zawartość wilgoci w paliwie
h — zawartość wodoru w paliwie
W energetyce przy porównaniu różnego rodzaju paliw w bilansach paliwowych dokonuje się
przeliczeń na masę paliwa umownego (Bu).
Jeden kg paliw umownego odpowiada energii 29,3 MJ (7000kcal).
Bu = B * H/29,3 [kg]
B — ilość paliwa rzeczywistego
H — wartość opałowa (MJ/kg)
Dla paliw gazowych
Bu = V * H/29,3 [kg]
V — objętość paliwa rzeczywistego (gazu)
H — wartość opałowa (MJ/kg)
Granica zapalności — (dotyczy gazów) najmniejsza i największa zawartość gazu w
powietrzu, przy której gaz zapala się w temp. 293K.
Temperatura zapłonu — (dotyczy cieczy i ciał stałych) najniższa temperatura, w której
wydzielające się pary z danego paliwa zapalają się przy zbliżeniu się otwartego płomienia.
Podział paliw pod względem temperatury zapłonu.
• bardzo niebezpieczne — t. Z. poniżej 293 K (benzyna)
• niebezpieczne — t. z. 293–320 K (nafta, lekkie oleje napędowe)
• mało niebezpieczne — t. Z. powyżej 320 K (oleje napędowe)
Liczba oktanowa — miernik odporności paliwa na spalanie detonacyjne.
Stwierdzenie, że paliwo ma np. LO = 66 oznacza, że jego odporność detonacyjna,
zbadana przy użyciu specjalnego silnika doświadczalnego, jest taka sama jak
mieszaniny: 66% izooktanu i 34% heptanu.
izooktan — duża odporność na detonacje
heptan — mała odporność na detonacje
Aby zmniejszyć skłonność do spalania detonacyjnego do paliwa wprowadza się
rozmaite dodatki przeciwstukowe (czteroetylenek ołowiu).
Teoretyczna ilość tlenu (powietrza) potrzebna do spalania.
Ot = 8/3 C + 8(H2 – 1/ 8O2 ) + S [kg/kg]
Lt = 1/0,23 [8/3 C + 8(H2 – 1/ 8O2 ) + S] [kg/kg]
Ot — teoretyczna ilość (masa) tlenu potrzebna do spalenia 1 kg paliwa [kg]
Lt — teoretyczna ilość (masa) powietrza potrzebna do spalenia 1 kg paliwa [kg]
C — zawartość węgla w paliwie (udziały masowy)
H2 — zawartość wodoru w paliwie
O2 — zawartość tlenu w paliwie
S — zawartość siarki w paliwie
Współczynnik nadmiaru powietrza λ
λ = Vpow. rzeczywista/Vpow. teoretyczna
Dla palenisk kotłowych współczynnik nadmiaru powietrza powinien wynosić:
— dla paliw gazowych 1,05–1,2;
— dla paliw ciekłych i pyłu węglowego 1,1–1,4;
— dla paliw stałych na ruszcie mechanicznym 1,3–1,6;
dla paliw stałych na ruszcie obsługiwanym ręcznie 1,6–2.
Proszę zapoznać się z następującymi pojęciami:
Analiza gazów spalinowych — budowa aparat Orsata
Wykresy Buntego
Literatura:
Całus H.: Podstawy obliczeń chemicznych. PWN 1987.
Galus Z.: Ćwiczenia rachunkowe z chemii analitycznej. PWN 1993, str. 19-43.
Germański A.: Gospodarka paliwowo-energetyczna, WG Warszawa 1982.
Kudra T.: Zbiór zadań z podstaw teoretycznych inżynierii chemicznej i procesowej. PWN
1985.
Minczewski J., Marczenko Z.: Chemia analityczna. tom II, PWN 1997, str. 365-369..
Wilk S.: Technika cieplna. WSiP 1975.
Wojdalski J., i in.: Energia i jej użytkowanie w przemyśle rolno-spożywczym, SGGW
Warszawa 1998
Zadania
1. Oblicz wagowo i objętościowo ilość tlenu niezbędną do całkowitego spalenia 1 kg
chemicznie czystego węgla.
2. Oblicz teoretyczną ilość powietrza potrzebną do zgazowania 1 kg koksu o zawartości 90%
węgla i 10% popiołu.
3. Dany jest skład gazu miejskiego [%]: wodór – 52, metan – 26, tlenek węgla – 14, eten – 4,
dwutlenek węgla – 1, resztę stanowi azot. Oblicz teoretyczną ilość tlenu potrzebną do
spalenia gazu oraz objętość wprowadzanego powietrza przy współczynniku 1,2.
4. Oblicz ile m3 powietrza należy doprowadzić, by spalić 1 m3 gazu o następującym składzie
chemicznym: 98% obj. butanu i 2% obj. azotu. Przyjąć współczynnik nadmiaru
powietrza = 1,1.
5. Oblicz ile m3 powietrza należy doprowadzić, by spalić 1 litr benzyny o składzie: 98%
wag. C8H18 i 2% wag. C9H20. Gęstość benzyny wynosi 0,696 g/cm3, współczynnik
nadmiaru powietrza = 1,2.
6. Oblicz ile m3 powietrza należy doprowadzić, by spalić 20 kg benzenu. Przyjąć
współczynnik nadmiaru powietrza (tlenu) = 1,2.
7. Oblicz masę i objętość teoretyczną tlenu niezbędnego do spalenia 100 m3 mieszaniny
gazów (75% CO, 20% CO2, 5% N2).
8. Oblicz teoretyczną ilość powietrza potrzebną do spalenia 500 m3 gazu ziemnego,
składającego się z 80% metanu, 15% azotu i 5% dwutlenku węgla.
9. Ile powietrza należy doprowadzić do kotła spalającego 0,1 ton/h koksu składającego się z
węgla 95%. (pozostałe 5 % to niepalne substancje mineralne). Uwzględnij współczynnik
nadmiaru powietrza λ=1,4.
10. Dany jest skład gazu miejskiego (% obj.) wodór 52%, tlenek węgla 14%, resztę stanowi
azot i dwutlenek węgla. Oblicz teoretyczną ilość tlenu potrzebną do spalenia objętości
gazu.