546. Теплотехника fb2

Наталья Бурханова Теплотехника

1. Основные виды ресурсов.

Основные составляющие жидкого топлива

Топливо источник получения энергии горючее вещество, вырабатывающее при сгорании значительное количество теплоты.

По агрегатному состоянию выделяют твердое, жидкое и газообразное топливо.

К твердому естественному топливу относят дрова, бурые и каменные угли, торф, антрацит к твердому искусственному топливу кокс, древесный уголь, брикеты и пыль из бурого и каменного углей, термоантрацит. Естественного жидкого топлива нет. В качестве искусственного жидкого топлива используют различные смолы и мазут. Газообразное топливо может быть естественным, таким как природный газ. В качестве искусственного газообразного топлива применяют газы, получаемые в коксовых печах коксовые , в доменных печах доменные или колошниковые и в газогенераторах генераторные .

Жидкие топлива это в основном вещества органического происхождения, основные составляющие элементы которых углерод, водород, кислород, азот и сера.

Углерод С основной носитель теплоты. При сгорании 1 кг углерода выделяется 34 000 кДж теплоты. Углерод может содержаться в мазуте до 85%, образуя соединения.

Водород Н второй наиболее важный элемент топлива: при сгорании 1 кг водорода выделяется около 125 000 кДж теплоты. Содержание водорода в жидких топливах составляет 10%.

В состав жидкого топлива входят также влага W и до 0,5% золы А .

Азот N и кислород О входят в состав сложных органических кислот и фенолов, содержатся в топливе в небольших количествах около 3% .

Сера S при сгорании выделяет большое количество теплоты, однако сернистые соединения при взаимодействии с расплавленными или нагреваемыми металлами ухудшают их качество: продукты горения, содержащие сернистые соединения, повышают коррозию металлических деталей печей, сталь, насыщенная серой, обладает повышенной красноломкостью. Сера обычно входит в состав углеводородов до 4% и более .

Состав рабочего топлива:

C p + H p + O p + N p + S p + А p 100 %.

Высушенное топливо, не имеющее влаги, называют сухой массой с :

C с + H с + O c + N с + S c + А с 100%. Органическую массу топлива, содержащую серу, называют горючей массой г :

С г + Н г + О г + N г + S г 100.

2. Основные составляющие газообразного топлива

Газообразные топлива это в основном смесь различных газов, таких как метан, этилен, и других углеводородов. Также в состав газообразного топлива входят оксид углерода, диоксид углерода или углекислого газа, азот, водород, сероводород, кислород и другие газы, а также водяные пары.

Природный газ добывают из чисто газовых месторождений или вместе с нефтью попутный газ . В первом случае основной горючей составляющей является метан, содержание которого может доходить до 95 98%. Попутные газы, помимо метана, содержат значительные количества других углеводородов: этан С2Н6 , пропан С3 Н8 , бутан С4 Н10 , пентан С5 Н12 и др. Попутные газы имеют высокую теплоту сгорания, но в качестве топлива их используют редко. Их применяют в основном в химической промышленности.

С помощью приборов, называемых газоанализаторами, определяют состав газообразного топлива.

В состав сухого газообразного топлива входят:

Метан СН4 основная составляющая часть многих природных газов. При сгорании 1 м 3 метана выделяется 35 800 кДж теплоты. Метана в природных газах может содержаться до 93-98%.

Этилен С2Н4 при сгорании 1 м 3 этилена выделяется 59 000 кДжтеплоты. В газах может содержаться небольшое его количество.

Водород Н2 при сгорании 1 м 3 водорода выделяется 10 800 кДж теплоты. Многие горючие газы, кроме коксового, содержат относительно небольшое количество водорода. Однако в коксовом газе его содержание может достигнуть 50-60%.

Пропан С3 Н8 , бутан С4 Н10 при горении этих углеводородов выделяется большее количество теплоты, чем при сгорании этилена, но в горючих газах их содержание незначительно.

Оксид углерода СО при сгорании 1 м 3 этого газа выделяется 1 2 770 кДж теплоты. Оксид углерода основная горючая составляющая доменного газа. Этот газ не имеет ни цвета, ни запаха, очень ядовит.

Сероводород H2 S при горении 1 м 3 сероводорода выделяется 23 400 кДж теплоты. При наличии в газообразном топливе сероводорода повышается коррозия металлических частей печи и газопровода. При одновременном присутствии в газе кислорода и влаги коррозирующее воздействие сероводорода усиливается. Сероводород тяжелый газ с неприятным запахом, обладает высокой токсичностью.

Остальные газы СО2. N2. О2 и пары воды балластные составляющие. Их присутствие в топливе приводит к понижению температуры его горения. При повышении содержания этих газов снижается содержание горючих составляющих. Содержание в топливе более 0,5% свободного кислорода считается опасным по условиям техники безопасности.

3. Теплота сгорания топлива

Теплота сгорания топлива это то количество теплоты Q кДж , которое выделяется при полном сгорании 1 кг жидкого или 1 м 3 газообразного топлива.

В зависимости от агрегатного состояния влаги в продуктах сгорания имеет место разделение на высшую и низшую теплоту сгорания.

Влага в продуктах сгорания жидкого топлива образуется при горении горючей массы водорода Н, а также при испарении начальной влаги топлива w. В продукты сгорания попадает также и влага воздуха, использованного для горения. Однако ее обычно не учитывают. При содержании в топливе водорода с горючей массой Н р кг при горении образуется 9Н Р кг влаги. При этом в продуктах сгорания содержится 9Н Р + W P кг влаги. На превращение 1 кг влаги в парообразное состояние затрачивается около 2500 кДж теплоты. Теплота, затраченная на испарение влаги, не будет использована, если конденсации паров воды не произойдет. В этом случае получим низшую теплоту сгорания.

Q p H Q p B -25 Н p +W p .

Теплоту сгорания определяют двумя методами: экспериментальным и расчетным.

При экспериментальном определении теплоты сгорания применяют калориметры.

Методика определения: навеску топлива сжигают в приборе калориметре , теплота, выделяющаяся при горении топлива, поглощается водой. Зная массу воды, по изменению ее температуры можно вычислить теплоту сгорания. Этот метод хорош тем, что прост. Для определения теплоты сгорания достаточно иметь данные технического анализа.

Расчетный метод. Здесь теплоту сгорания определяют по формуле Д. И. Менделеева:

Q p H 339С p +1030Н p -109 О p -S p 25 W p кДж/ кг,

где С р. Н р. О р. S p и W р соответствуют содержание углерода, водорода, кислорода, серы и влаги в рабочем топливе, %.

Условное топливо это понятие, которое используют для нормирования и учета расхода топлива.

Условным принято называть топливо с низшей теплотой сгорания 29 310 кДж/кг . Для перевода любого топлива в условное следует разделить его теплоту сгорания на 29 310 кДж/кг, т. е. найти эквивалент данного топлива: для мазута он равен 1,37-1,43, для природных газов 1,2-1,4.

4. Основное топливо для печей

Мазут является продуктом переработки нефти, его используют для розжига печей. Теплота сгорания мазута равна 39-42 МДж/кг. Примерный состав мазута: 85-80% С 10-12,5% Н Р 0,5-1,0% О Р + N P 0,4 2,5% S P 0,1-0,2% А Р 2% W P. Содержание влаги в мазуте не должно превышать 2% при отправлении с нефтеперегонного завода. В мазуте также содержится сера, в зависимости от процентного содержания которой мазут подразделяют на малосернистый 0,5% Sp , сернистый 0,5-1% Sp и высокосернистый 1% Sp .

Мазут подразделяют также по содержанию парафина и способу переработки нефти. Бывает мазут прямой перегонки маловязкий и крекинг-мазут, обладающий повышенной вязкостью. В зависимости от вязкости мазут классифицируют по маркам. Номер марки мазута показывает условную вязкость при температуре 50 o С ВУ50 . Вязкость определяют с помощью приборов вискозиметров. За условную вязкость принимают отношение времени истечения 200 см 3 нефтепродукта при температуре испытания ко времени истечения такого же объема воды, имеющей температуру 20 o С. В связи с этим показателем мазут подразделяют на марки 40, 100, 200 и МП мазут для мартеновских печей .

С увеличением номера марки мазута увеличивается его плотность, которая составляет 0,95-1,05 г/см 3 при 20 o С при повышении температуры плотность уменьшается.

При подготовке мазута к сжиганию необходимо учитывать его плотность и марку. Подготовка заключается в отстое и фильтрации мазута для отделения воды и механических примесей глины, песка и т. п. , которая проходит при повышенной температуре, в результате чего происходит отделение мазута от воды: вязкость и плотность мазута при нагреве уменьшаются, вследствие чего он всплывает вверх. Внизу емкости скапливается влага, вверху обезвоженный мазут.

При сливе из железнодорожных цистерн, при подаче по трубопроводам из заводских и цеховых емкостей к печам, а также при распылении форсунками мазут обычно сжигают в распыленном состоянии большое значение имеет вязкость мазута. На перекачку и распыление мазута затрачивается тем меньше энергии, чем ниже его вязкость. Следовательно, чем выше температура, тем ниже вязкость. Температуру выбирают по графикам вязкости, исходя из обеспечения условной вязкости мазута 5-10 ед.

Температуру вспышки мазута, т. е. температуру нагрева, при достижении которой начинается интенсивное выделение летучих составляющих, способных загораться от искры или пламени, необходимо учитывать при разогреве. Температура вспышки обычно изменяется в пределах 80-190 о С. И не следует путать температуру вспышки и температуру воспламенения, под которой понимают температуру нагрева, при достижении которой температура воспламенения мазута 530-600 o С, газов 500-700 o С мазут самопроизвольно воспламеняется и при благоприятных условиях продолжает гореть.

5. Основные положения теории горения

Горением называют процесс быстрого химического соединения горючих элементов топлива с окислителем обычно с кислородом воздуха , сопровождающийся выделением теплоты и света.

Факел один из видов пламени, который образуется при струйной подаче топлива и воздуха в печь. В факеле, который имеет конкретные формы и размеры, происходят единовременно процессы непосредственно горения, подогрева смеси до температуры воспламенения и перемешивания.

В теории горения различают гомогенное и гетерогенное горение. Гомогенное горение происходит в объеме, а гетерогенное горение на поверхности капелек, а затем, после испарения летучих составляющих на сажистых частицах. Чем меньше размер частиц жидкого топлива, тем больше будет удельная поверхность взаимодействия жидкой фазы с газовой. Поэтому распыление жидкого топлива позволяет сжечь больше топлива в единице объема, т. е. интенсифицировать горение.

Гомогенное горение может происходить в двух случаях, которые называются кинетическим и диффузионным. В кинетическом случае в зону горения скажем, в рабочее пространство печи подают заранее подготовленную топливно-воздушную смесь. Главная часть процесса это непосредственный прогрев смеси и окисление горючих составляющих топлива и горение. При этом факел становится коротким и высокотемпературным. Предварительный подогрев смеси или обогащение воздуха кислородом ускоряют процесс горения: подогрев практически всех газовоздушных смесей до 500 С способствует увеличению скорости горения почти в 10 раз.

Но температура предварительного подогрева смеси не должна превышать температуры ее воспламенения. При диффузионном горении процессы прогрева, смешения смеси и горения осуществляются в факеле одновременно. Наиболее медленная стадия встречная диффузия молекул микро и макрообъемов газа и воздуха, другими словами смесеобразование. Поэтому факел будет длиннее, чем в первом случае. В стремлении сократить длину факела производят дробление газового и воздушного потоков на отдельные струйки. Также уменьшить факел помогает увеличение скоростей струй и направление потоков газа и воздуха под углом друг к другу и т. д.

Воспламенение смеси горючего газа и воздуха возможно только при их определенном соотношении. Их предельные соотношенияназывают концентрационными пределами. Различают нижний и верхний пределы, определяемые предельным содержанием горючего газа в смеси, %. Для водорода пределы имеют значения 4,1 75 оксида углерода 12,5-75 метана 5,3-14 коксового газа 5,6-30,4, а для природного газа 4-13.

В теплотехнике часто используют понятие теплового напряжения, под которым подразумевают количество теплоты, выделяющееся при сжигании топлива в единицу времени, отнесенное к 1 м 3 топки или рабочего пространства печи. Для жидкого топлива оно доходит до 600 кВт/м 3. а для газообразного вдвое больше.

6. Аналитический расчет горения топлива

Для расчетов используют следующие соотношения и величины:

1 отношение объемного содержания азота к кислороду в обычном воздухе, не обогащенном кислородом, k 3,76

2 молекулярную массу химических элементов для водорода она приближенно равна 2, для азота 28, кислорода и серы 32 кг/моль

3 объемы воздуха и продуктов горения при нормаль-ныхусловиях температура 0 С, давление 101,3 кПа .

Рассмотрим состав жидкого топлива:

С P + Н P + О P + N P + S p + А р + W p 100.

Горючими составляющими являются углерод, водород и сера. При использовании сухого воздуха реакции полного горения составляющих имеют вид:

При горении 1 моля углерода и серы расходуется по 1 молю кислорода. При горении 2 молей водорода расходуется также 1 моль кислорода. С каждым молем кислорода в печь вносится k молей азота. Азот переходит в продукты горения. Поэтому, например, при горении 1 моля углерода получаются 1 моль углекислого газа и 3,76 моля азота. При горении углерода по этой реак ции выделяется количество теплоты Qt. При горении водорода образуется свой состав продуктов горения и выделяется иное количество теплоты.

На горение 1 моля углерода затрачивается 1 кмоль кислорода объемом 22,4 м 3. Если надо рассчитать расход кислорода на 1 кг углерода, то объем 1 кмоля кислорода делят на молекулярную массу углерода, равную 12. Поэтому на 1 кг углерода расходуется 22,4 / 12 1,867 м 3 /кг кислорода. Рассуждая аналогично, получим, что на горение 1 кг водорода затрачивается 22,4 / / 2 О2 5,5 м 3 кислорода произведение в знаменателе означает, что в реакции горения принимают участие две молекулы водорода с молекулярной массой 2 . На горение 1 кг серы расходуется 22,4 / 32 0,7 м 3 кислорода.

Отношение действительного расхода воздуха к теоретически необходимому расходу называют коэффициентом расхода воздуха:

где La и L0 действительный и теоретический расходы воздуха, м 3 /кг или м 3 /м 3. Коэффициент расхода воздуха зависит от вида топлива, конструкции топливосжигающего устройства горелки или форсунки и температуры подогрева воздуха и газа.

7. Контроль коэффициента расхода воздуха

При недостатке воздуха или несовершенстве топли-восжигающих устройств горение может быть неполным.

Наличие в продуктах горения горючих составляющих оксида углерода, водорода, метана или сажистого углерода обусловливает химическую неполноту горения или, как чаще говорят, химический недожог топлива. Последний характеризуется потерями теплоты в процентах от низшей теплоты сгорания топлива.

Чем больше коэффициент расхода воздуха, тем полнее протекает процесс горения. Однако увеличение этого коэффициента приводит к повышенному расходу воздуха и значительным потерям теплоты с газами, уходящими из печи. Температура в печи снижается, что приводит к ухудшению теплоотдачи в рабочем пространстве и усиленному окислению металлов. Поэтому в практике эксплуатации печей стремятся к выбору оптимального коэффициента расхода воздуха a.

Контроль a осуществляют двумя методами. По одному из них измеряют расходы топлива и воздуха и с помощью заранее вычисленных таблиц определяют а.Од-нако этот метод не позволяет учесть воздух, попадающий в печь через рабочие окна и неплотности в кладке печей. Поэтому периодически коэффициент расхода воздуха проверяют по составу продуктов сгорания при помощи газоанализаторов. Химическим анализом определяют содержание в продуктах сгорания RO2, CO, Н2, СН4 и О2, а затем с помощью формулы С. Г. Тройба определяют a:

Здесь O2 изб О2 0,5СО 0,5Н2 2СН4 содержание избыточного кислорода.

U коэффициент, зависящий от вида топлива.

Для мазута U 0,74, для природного газа 0,5.

Рассмотрим примеры.

Задача.

Определить a, если RO2 14%, СО 4%, СН4 0,5% Н2 1%, О2 2%.

O2 изб 2 0,5 4 + 1 2 О 0,5 -1,5%

?RO2 14 + 4 + 0,5 18,5%

a 1 0,5 О 1,5 / 18,5 0,96.

8. Использование энергии

Некоторые положения в области тепловой работы печей могут быть получены непосредственно из классической термодинамики обратимых процессов.

Под тепловой работой печи понимается совокупность происходящих в ней тепловых процессов, конечной целью которых является совершение того или иного технологического процесса.

Представим себе печь как сочетание зон технологического процесса ЗТП и генерации тепла ЗГТ, огражденных от окружающей среды кладкой футеровкой К. В зоне технологического процесса сосредоточен материал М. Согласно первому закону термодинамики может быть записано следующее уравнение:

где Qэ введенная мощность, Вт/кг

?K.И.Э коэффициент использования энергии в пределах рабочего пространства печи

QM. Qk соответственно мощность, усвоенная материалом М и кладкой К, Вт/кг.

Все величины в уравнении 1 отнесены к 1 кг массы материала М.

Коэффициент использования энергии ?K.И.Э зависит прежде всего от вида энергии. Так, электрическая энергия может полностью превращаться в тепло, усвоенное материалом полезное и кладкой, поэтому ?K.И.Э 1. При использовании в печах химической энергии топлива коэффициент использования энергии ?K.И.Э всегда меньше единицы. В топливных печах этот коэффициент называют коэффициентом использования тепла ?K.И.Т Коэффициент характеризует важнейшее понятие о работоспособности энергии в конкретных условиях. В общем виде значение Ькиэ может быть записано следующим образом:

где Q3 мощность, которая в виде химического и физического тепла газовой фазы уходит за пределы рабочего пространства печи, Вт/кг.

Величина ?K.И.Э определяется, с одной стороны, полнотой сжигания топлива при данном коэффициенте расхода кислорода, т. е. быстротой смешиваний топлива и кислорода, и, значит, совершенством процессов мас-сообмена. С другой стороны, величина ?K.И.Э зависит от температуры уходящих из печи газов, т. е. от совершенства процессов теплообмена.

Работоспособность тепла и химической энергии зависит от заданных условий протекания технологического процесса и организации процессов тепло и массопереноса и поэтому представляет собой величину, значение которой не может быть найдено с помощью термодинамики обратимых процессов, так как связано с кинетикой тепло и массообмена.

9. Температурный и тепловой режимы

Внутренняя энергия системы слагается из кинетической и потенциальной энергий. Кинетическая энергия энергия беспорядочного движения атомов и молекул, потенциальная энергия энергия их взаимного притяжения и отталкивания.

В соответствии с кинетической теорией газов закон Максвелла-Больцмана термодинамическое понятие равновесной температуры для идеального газа может быть расшифровано с помощью уравнения:

T 2NEn /3R Nmwn 2 / 3R,

где Еп энергия n частиц с массой m в узком диапазоне значений их скоростей

N число Авогадро

R газовая постоянная.

Эффективная температура представляет собой некоторую условную приведенную температуру греющей части печи, при которой обеспечивается такая же плотность теплового потока излучения на поверхность нагрева только от греющей части печи, какая в действительности имеется в рассматриваемой печи.

Действительные температуры пламени нагревателя и внутренней поверхности футеровки зависят от температуры поверхности нагрева и теплогенерации и в общем случае, кроме того, от месторасположения в печи и от времени. Изменение этих величин по длине печи и во времени Т f l, t характеризует температурный режим печи.

Величина теплогенерации, выражаемая в ваттах, называется тепловой мощностью Q Т.М.. При стационарном режиме тепловая мощность является величиной постоянной, не зависящей от времени Q Т.М. const . При нестационарном режиме Q Т.М. f t . Отношение максимальной тепловой мощности к средней мощности иногда называют коэффициентом форсирования:

Если через Dt обозначить длительность технологической операции:

Сочетания температурного и теплового режимов.

1. Практически постоянные во времени температурный и тепловой режимы

Tn t const Q Т.М. r const .

2. Переменный температурный и постоянный во времени тепловой режимы

Tn t const Q Т.М. t const .

3. Переменные во времени температурный и тепловой режимы

Tn t const Q Т.М. t const , например нагревательные колодцы для слитков.

4. Постоянный во времени температурный и переменный тепловой режимы

Tn t const Q Т.М. t const .

10. Тепловой баланс. Приходные статьи баланса

Тепловой баланс, составляемый на малые промежутки времени, иногда называют мгновенным. Назначение мгновенного баланса выяснение динамики расхода энергии на технологический процесс, если процесс происходит в нестационарных тепловых условиях печи периодического действия .

Для печей периодического действия составление тепловых балансов отличается тем, что у них все статьи теплового баланса изменяются во времени у печей непрерывного действия постоянны во времени , поэтому при составлении баланса за какой-то отрезок времени приходится брать средние значения за указанный период. Второй особенностью является наличие в статье потерь тепла составляющей на аккумуляцию тепла кладкой Qakk, которая может иметь различный знак: положительный при увеличении температуры в печи и отрицательный при ее уменьшении в ходе технологического процесса.

В большинстве случаев уравнения тепловых балансов решаются относительно расхода топлива В.

Обратные тепловые балансы, в том числе мгновенные, используются обычно при исследовании действующих печей. Уравнения обратных тепловых балансов обычно решаются относительно полезно используемого тепла Qm и служат для его нахождения на основании экспериментальных определений всех остальных статей баланса.

При составлении теплового баланса необходимо следить за тем, чтобы все входные и выходные величины, используемые в тепловом балансе, брались для границ той части объекта, для которой составляется тепловой баланс. Во избежание возможных ошибок в выборе величины для составления теплового баланса удобно пользоваться схемой соответствующего объекта. Необходимо провести на этой схеме вспомогательные контуры, пересекающие в соответствующих местах линии потоков материалов.

Статьи баланса могут выражаться в количестве тепла в джоулях за какой-то промежуток времени или в соответствующих величинах тепловой мощности.

Приходные статьи баланса

1. Химическая энергия топлива QXT или электроэнергия Qээ. Если В расход топлива, кг/с или м 3 /с, a Q p H теплота его сгорания, то:

2. Тепло, вносимое нагретым топливом, QФT .

3. Результирующий тепловой эффект химических реакций, протекающих при технологическом процессе, QТЕХН. Если эффект отрицательный, то данная статья переносится в расходную часть баланса.

4. Тепло, вносимое воздухом, вводимым для сжигания топлива для технологических целей, QФВ. в.

5. Тепло, вносимое нагретыми твердыми и жидкими шихтовыми материалами,QФМ .

11. Расходные статьи баланса

1. Тепло твердых и жидких продуктов технологического процесса QФП

2. Тепло уходящих газов химическое и физическое , включая газообразные продукты технологического процесса и подсосанный из атмосферы воздух, Qyx .

3. Тепловые потери в сумме от механического недожога через кладку теплопроводностью и аккумуляцией , излучением через отверстия с охлаждающей водой Qпот .

Суммируя приходные и расходные статьи баланса, приравнивая эти суммы, получаем уравнение теплового баланса, одинаково справедливого для любого класса и вида печей, причем, естественно, не все статьи в каждом конкретном балансе могут иметь место:

В правой части уравнения представлено полезно использованное тепло qм, в левой его выражение через теплотехнические величины, сравнительно легко измеряемые в практических условиях.

Отношение полезно использованного тепла к приходу тепла с топливом и воздухом называется коэффициентом полезного теплоиспользования:

Эта величина аналогична коэффициенту полезного действия понятию, используемому при оценке работы машин и механизмов. Коэффициент полезного тепло-использования характеризует эффективность тепловой работы печи и позволяет сравнивать совершенство энергетики различных печей. Допустим, что водяные числа W водяное число W равняется произведению теплоемкости на массовый расход продуктов сгорания и исходных веществ топливо и воздух горения равны, тогда подставив qyx в уравнение теплового баланса и разделив на W, получим:

где ? кит . коофициент полезного использования топлива

или

где Ттеор иТ ф теор теоретическая температура горения топлива без учета и с учетом физического тепла топлива и воздуха горения Т агр ух температура уходящих газов из агрегата.

Поскольку Т агр. ух и О в. пот относительно малы, постольку теоретическая температура горения при подогреве воздуха за счет тепла отходящих газов зависит при данной теоретической температуре горения топлива при холодном воздухе от коофициента использования тепла, в рабочем пространстве печи:

12. Термодинамические принципы анализа и конструирования печей

Анализ работы печей с точки зрения термодинамики дает возможность установить некоторые общие положения, характеризующие итоговые результаты работы печей.

Применение первого и второго законов термодинамики позволяет оценить энергетические итоги только завершенного процесса переноса тепла или заданных элементов такого процесса и вместе с тем не позволяет определить производительность тепловых устройств и, в частности, печей.

Энергетическая оценка позволяет судить о полноте использования энергии в данном тепловом устройстве и ничего не говорит о работоспособности переданной энергии. Напротив, эксергетическая оценка позволяет судить о безвозвратныхпотеряхэнергиии, о качественной характеристике переданной энергии и не позволяет судить о полноте использования энергии в данном устройстве.

При одном и том же расходе энергии процесс переноса тепла в принципе тем более эффективен, чем выше температура среды, воспринимающей тепло, так как при этом обесценивание энергии меньше. При одинаковой эксер-гии греющей среды использование энергии в тепловом устройстве ухудшается по мере увеличения необходимой по технологическим соображениям температуры поверхности нагрева. Чем выше необходимая температура поверхности нагрева, тем выше должна быть эксергия греющей среды и тем выше требования к качеству топлива и условиям его сжигания. Напротив, при низкой температуре поверхности нагрева или нагреваемой среды применение греющей среды с высокой эк-сергией нецелесообразно, так как все равно происходит процесс обесценивания энергии.

Печи рассчитывают и конструируют, стремясь обеспечить по возможности более высокий коэффициент использования энергии ? k и э .

Для получения максимального ? кит агригата ? кит т рабочего пространства должен иметь некоторое оптимальное, но не максимальное значение.

Оценка топлив путем вычисления возможных значений ? кит. агрегата при различных условиях сжигания топлива является весьма важной для конструирования печей и установления рациональных режимов их работы.

13. Требования, предъявляемые к факелу мартеновских печей

Аэродинамические контуры это геометрическое место точек, где скорости струи приближаются к нулю. Контуры горения определяют по величине химического недожога топлива, при этом продольная координата, соответствующая длине контура горения, представляет собой длину факела Lф .

Для облегчения математического описания процессов горения в факеле и их расчета целесообразно задаться какой-либо минимальной величиной недожога, которая бы характеризовала контур факела и его длину. Для того чтобы унифицировать этот размер, следует принять цифру 0,5% СО или соответствующее значение q3 . Для высококалорийного топлива такого как мазут, природный и коксовый газы величине 0,5% СО в продуктах сгорания при a 1 соответствует потеря тепла qз 1,3-1,8%. Следовательно, для оценки длины факела этих топлив можно принимать величину равную примерно 2% учитывая некоторое количество водорода в продуктах сгорания .

Длина факела. Как правило, для мартеновской печи нужен короткий факел. В период завалки его видимая часть должна заканчиваться примерно на середине рабочего пространства печи, а в период доводки желательно удлинять факел, чтобы он занимал 3/4 длины ванны. Но всегда необходимо, чтобы в последнем по ходу факела завалочном окне было чисто и не было никаких признаков догорания топлива.

Форма факела. В мартеновских печах форма факела имеет первостепенное значение. Необходимо, чтобы он был настильным покрывал ванну, не касаясь повоз-можности передней и задней стенок, и был максимально удален от главного свода, т. е. по визуальным наблюдениям он должен быть тонким и без протуберанцев. Такой факел обычно называют настильным и жестким.

Вот почему для отопления мартеновских печей необходимы специальные форсунки. Угол наклона форсунки к зеркалу ванны следует выбирать таким, чтобы была обеспечена требуемая форма факела и не происходила чрезмерно большая его деформация.

О размерах факела и его форме часто судят по топографии разрушения кладки мартеновских печей сводов и стен . Как правило, локальные разрушения происходят по контуру факела.

Скоростные характеристики. Разумеется, что для обеспечения настильности и жесткости факела его аэродинамические характеристики должны быть достаточно высокими, т. е. начальная скорость истечения струи из форсунки и скорости разлета факела вблизи ванны на всей ее длине должны быть достаточно большими, чтобы не произошли отрыв факела от ванны и подъем его к своду.

Скоростные характеристики определяют и длину факела, и его окислительную способность. Кроме того, они отражают степень непосредственно механического воздействия факела на ванну печи, что является необходимым для уменьшения пенообразования и улучшения кипения ванны.

14. Окислительная способность, радиационные характеристики факела

Окислительная способность. От организации факела в мартеновской печи в значительной степени зависит и протекание оченьважных для технологии процессов, в частности процесса окисления углерода. Процессы окисления примесей ванны в основном определяются процессами массообмена, как это показано в технической литературе.

Для интенсификации теплообмена в рабочем пространстве мартеновских печей особенно крупнотоннажных, работающих на жидком чугуне необходимо принимать все меры для ускорения реализации химической энергии примесей ванны и дожигания окиси углерода непосредственно у поверхности ванны. Этот процесс самоускоряется: создание условий для интенсивного выгорания обеспечивает кипение ванны, что в свою очередь способствует переносу в ванну тепла и кислорода из атмосферы печи. Поэтому всякое улучшение подачи нагретого в регенераторах воздуха к поверхности ванны создает условия для ускорения плавки. Интенсифицировать же массообмен можно созданием короткого и направленного факела и применением интенсификаторов. Нельзя забывать и о необходимости правильного распределения тепла и окислителя по поверхности ванны для того, чтобы ванна кипела равномерно и без вспенивания шлака. Это требование может быть удовлетворено при подборе факела соответствующей длины и при обеспечении его определенных радиационных характеристик, что, естественно, невозможно без средств управления факелом.

Радиационные характеристики. Факел мартеновской печи должен быть светящим, т. е. обладать максимально возможной степенью черноты при достаточно высокой температуре . Этот не вызывающий сомнений в практических условиях принцип в теории время от времени, начиная с работ Е. К. Венст-рема, подвергается сомнению. Однако каждый раз результаты исследований и опыт работы печей опровергают подобные сомнения как, например, происходило в последнее время при переводе мартеновских печей на отопление природным газом и работе их на легких мазутах. Очевидно, что в совмещении двух последних требований, предъявляемых к факелу «короткий» ив то же время «светящийся» , есть известное противоречие, так как чем быстрее протекают процессы перемешивания топлива с воздухом и процессы горения, тем меньше создается возможностей для выделения углеродистых частиц, обеспечивающих светимость факела.

Теоретические исследования как раз и состоят в том, чтобы помочь конструкторам и производственникам в изыскании наиболее эффективного факела. Так как интенсивность процессов тепло и массопередачи и стой-костьпечи в большой мере определяются длиной факела, исследователи искали прежде всего ответ на важнейший вопрос: какова длина факела и от каких факторов она зависит.

15. Теплотехнические исследования мартеновских печей

В ходе поисков новых способов отопления мартеновских печей мазутом проводили теплотехнические исследования и изучали поведение серы в рабочем пространстве печи. Исследовали газомазутную печь, печи, отапливаемые мазутом, распыляемым в ее рабочем пространстве, и печи, отапливаемые газифицированным мазутом.

При проведении теплотехнических исследований печи отапливали в основном легкими, маловязкими мазутами, поступающими с южных нефтеперегонных заводов. На всех печах в период доводки поддерживали одинаковую тепловую нагрузку: расход мазута составлял 2400 кг/ч, ак 1,3.

Содержание сажи определяли весовым методом.

Для контроля полноты осаждения сажи за основным фильтром из стеклянной ваты устанавливали фильтр из гигроскопической ваты.

Температуру газа в газовом пролете на расстоянии 150 мм до выхода газов из кессона измеряли вольф-раммолибденовой штыковой термопарой, вмонтированной в кожух, охлаждаемый водой. Рабочий спай термопары был защищен кварцевым наконечником.

Изучение радиационных свойств факелов начали с замера радиационных температур факела и кладки по длине рабочего пространства печи. Для этого использовали пирометры полного излучения РАПИР с телескопами ТЕРЛ-50. Пять пирометров стационарно устанавливали и направляли на факел через водоохлаждаемые фурмы, заложенные в задней стенке печи. Установка пирометров со стороны задней стенки печи позволила проводить опыты в течение всей плавки.

Для измерения тепловых потоков использовали термозонд ВНИИМТ, который вводили в рабочее пространство печи через гляделки завалочных окон.

Для более полного изучения радиационных характеристик факелов были определены степени их черноты и шмидтовскне температуры. Величины вф определяли в четырех точках по длине рабочего пространства печи.

Тепловые потоки измеряли остроугольным радиационным пирометром.

При градуировке торцового радиометра одновременно с определением величин момент отключения мазута отбирали пробы газов из рабочего пространства печи. Химический анализ этих проб показал, что поглощающие компоненты печной атмосферы не могут сколько-нибудь заметно повлиять на результаты градуировки содержание СО2 0,1% .

Характер зависимости тк и тч от показаний радиометра оказался примерно одинаковым для всех исследованных печей.

16. Исследование радиационных характеристик факела

Температура горения факела:

где L Р ф.к . длина факела M

x влагосодержание мазута, кг /кг .

Получено при отоплении печей газифицированным мазутом.

На печах, отапливаемых газифицированным мазутом, получаются высокие значения вф. Это может быть объяснено интенсивным сажевыделением в процессе окислительного крекинга мазута, а также большей толщиной излучающего слоя факела. В первой половине рабочего пространства печи степень черноты находится в пределах еф 0,7-0,95 и изменяется по длине факела относительно мало. Вблизи середины рабочего пространства еф резко уменьшается и в конце его достигает наименьших значений еф 0,13-0,18 .

Четко заметное влияние марки мазута на радиационные характеристики факела удалось наблюдать на двух-канальной мазутной печи. Увеличение вязкости мазута сопровождалось повышением значений еф по всей длине печи. Так, при использовании мазута марки 40 против второго завалочного окна по ходу факела величина еф 0,67, а при сжигании мазута марки 80 еф 0,76. При увеличении номера марки мазута повышалась и теплоотдача.

Стойкость печи также связана с вязкостью мазута, так как при повышении вязкости максимальная температура факела в конце рабочего пространства понижалась.

Согласно визуальным наблюдениям при отоплении печи высоковязким мазутом светимость факела сохраняется до 2/3 длины рабочего пространства, значительно меньше пенится шлак и быстрее нагревается металл.

При отоплении двухканальной печи мазутом марки 80 в качестве распылителя использовали перегретый пар под давлением 11 атм и компрессорный воздух под давлением 5,5-6,0 атм. В случае распыления мазута компрессорным воздухом наблюдали некоторое увеличение степени черноты факела, а также qфк .

Результаты исследований тепловой работы печей позволяют сделать следующие выводы:

1 состав и температура мазутного полугаза определяются величиной коэффициента расхода первичного воздуха при газификации мазута оптимальное его значение составляет a1 около 0,4

2 при использовании легких и маловязких мазутов наиболее высокие значения падающих на ванну тепловых потоков теплопоглощения ванны, высокое значение у корня факела и в первой половине печи и наименьшие около убирающей головки получены для печей, отапливаемых газифицированным мазутом

3 при сжигании тяжелого мазута разница как в абсолютных, так и в относительныхзначениях.

17.Основные термодинамические параметры состояния газа

Давление

Р мера силы, которая действует на единицу поверхности:

Р lim ?Fn / ?S dFn / dS,

где DS > 0 ?Fn сила, направленная перпендикулярно участку поверхности.

Удельный объем

V величина, обратная плотности r вещества:

v 1 / r dV/ dm,

где dV бесконечно малый элемент объема

dm масса вещества.

Моль

Количество вещества, которое содержит число молекул, равное числу атомов, содержащихся в 12 г изотопа углерода 12 С, называется молем.

NA 6,02 ч 10 23 моль -1. Величина, необходимая при расчетах. Показывает, сколько молекул содержится в одном моле любого вещества.

Молярная масса M кг/моль и молярный объем VM м 3 /моль.

Объем одного моля молярный объем:

где M молярная масса

r плотность вещества.

Формулы для определения числа молей вещества и числа молекул вещества имеют следующий вид:

u m /M V/ VM ,

Температура

За меру температуры принято брать среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул. Если два тела при соприкосновении не обмениваются энергией путем теплообмена, можно говорить, что эти тела имеют одинаковую температуру и в системе существует тепловое равновесие.

18. Состояния тел. Термодинамическая система. Адиабатический процесс

Существуют три агрегатных состояния: твердое, жидкое и газообразное.

Если параметры системы не изменяется со временем, то можно говорить о термодинамическом равновесии системы.

Совокупность тел и полей, которые могут обмениваться энергией не только между собой, но и с внешней средой, называют термодинамической системой. Если в термодинамической системе происходит изменение внутренней энергии, то можно говорить о совершении этой системой работы и о теплообмене между частями системы.

Термодинамически параметры состояния

Давление, температура, плотность, концентрация, объем системы термодинамические параметры состояния.

Процесс, при котором отсутствует теплообмен между системой и внешней средой, называется адиабатическим. Первый закон термодинамики при dQ 0 выглядит следующим образом:

Cv dT + PdV 0,

а при учете dT PdV + VdP / R получим следующую форму записи:

где g показатель адиабаты

Р давление

V объем.

Это уравнение имеет решение в виде:

PV g const.

Оно называется уравнением Пуассона. С учетом уравнения Менделеева-Клайперона уравнение Пуассона будет выглядеть как:

Tv g -1 const,

T g p 1-g const.

Уравнения Пуассона описывают квазистатические адиабатические процессы. Адиабатическое сжатие приводит к тому, что газ нагревается, в случае адиабатического расширения он охлаждается.

В отличие от изотермического процесса для адиабатического процесса характерно более быстрое уменьшение давления с увеличением объема. Работа, которую совершает газ при адиабатическом процессе, всегда меньше работы, совершаемой при изотермическом процессе, если считать изменение объема одинаковым для обоих случаев. При адиабатическом процессе существует зависимость работы от показателя адиабаты. Устремив g > 1, получим значение работы при изотермическом процессе, т. е. произойдет переход адиабаты Q const в изотерму T const .

19. Политропический процесс

Процесс называется политропическим, если считать, что теплоемкость остается постоянной. Первый закон термодинамики при С const выглядит следующим образом:

C Cv dT PdV,

а при учете dT PdV + VdP / R получим следующую форму записи:

Уравнение имеет решение в виде:

V объем газа.

Для политропического процесса характерно наличие частичного теплообмена системы с внешней средой. Кривая политропического процесса расположена на PV-диаграмме между изотермой Г const и адиабатой Q const и называется политропой. С учетом уравнения Менделеева-Клайперона уравнение политропы будет выглядеть следующим образом:

TV n -1 const,

T n P n-1 const.

Определим работу, которую совершает газ при политропическом процессе:

А12 m / M R T1 T2 / n 1 ,

где m масса газа

M молярная масса газа

R универсальная газовая постоянная

n показатель политропы

T1 и T2 начальная и конечная температуры.

Случай Т2 T1 и А12 0 соответствует сжатию газа, т. е. работа совершается над ним. Показатель политропы можно получить из опыта. В отдельных случаях политропический процесс может переходить в следующие термодинамические процессы.

1. Адиабатический процесс: С 0, n g C /C и Pg const, dU Cv dT -dA, d/ Cp dT -gdA.

2. Изотермический процесс: С , n 1 и PV const, T const, dA PdV, dU 0, dl 0, dQ dA.

3. Изобарический процесс: С Ср. n 0 и V/T const, Р const, dA PdV, dU CV dT, dl dU + PdV dQ Cp dT.

4. Изохорический процесс: С С, n и Р/T const, V const, dA 0, dU CV dT dQ, dl dU + PdV Cp dT.

20. Теплота

Теплотой называется процесс изменения внутренней энергии при постоянных внешних параметрах ч const. Тела могут передавать энергию друг другу непосредственно при контакте или излучая ее. Теплоту называют микроскопическим преобразованием энергии. Процесс передачи теплоты определяется работой, которую совершают молекулы при хаотическом тепловом движении. Количество теплоты имеет в СИ следующую размерность: Q Дж. Также пользуются единицами теплоты калориями, 1 кал 4,1868 Дж. Если тело, участвующее в процессе, принимает количество теплоты, то его записывают со знаком плюс, а если отдает, то количество теплоты имеет знак минус.

Формула для определения элементарного количества теплоты, которое сообщается телу для изменения его температуры:

где С теплоемкость тела.

С dQ / dT.

Физический смысл теплоемкости это величина, равная тому количеству теплоты, которое необходимо передать телу, чтобы изменить его температуру на 10К. Теплоемкость С определяется массой тела, его химическим составом и термодинамическим состоянием.

Понятие теплоемкости включает в себя понятия удельной и молярной теплоемкости. Теплоемкость единицы массы вещества называют удельной теплоемкостью. В случае однородного тела она равна:

c C / m,

где m масса газа.

Теплоемкость одного моля вещества называют молярной или молекулярной теплоемкостью обозначается С . Молярная и удельная теплоемкости связаны соотношением:

с С / М,

где М молярная масса вещества.

В СИ удельная и молярная теплоемкости имеют следующие размерности: с Дж/кгК, С Дж/мольК.

Понятие теплоемкости включает в себя два вида теплоемкости: при постоянном объеме и при постоянном давлении. Теплоемкость удельная и молярная при постоянном объеме определяется нагреванием тела при V const и обозначается cv и Cv . Теплоемкость удельная и молярная при постоянном давлении определяется нагреванием тела при Р const и обозначается ср и Cp

21. Работа

Работой называется процесс изменения внутренней энергии за счет изменения внешних параметров при dQ 0. Элементарной работой называется работа, которую совершает система при бесконечно малом квазистатическом расширении, вследствие чего происходит увеличение объема системы на dV:

dA Fdx PSdx PdV,

где Sdx dV приращение объема

S площадь поверхности, перпендикулярно которой действует сила F

Р давление.

Идеализированный процесс, при котором возможен переход системы из одного равновесного состояния в другое состояние равновесия, называют квазистатическим. Характерной чертой квазистатических процессов является равенство внутреннего давления газа внешнему давлению: Р Р , и dА -dА -Р dV работа внешних сил. Для конечного процесса полную работу можно вычислить следующим образом:

то работа А12 не зависит от начального и конечного состояний системы и определяется способом перехода системы из одного состояния в другое. Работа не является функцией состояния.

В случае, когда система имеет несколько степеней свободы, а ее внутреннее состояние определяется внешними параметрами xn и температурой T, над внешними телами системой будет совершаться элементарная работа:

где x1 ,x2 , ,xn функции внешних параметров состояния системы x обобщенные силы . Если температурные изменения внешней среды не оказывают никакого влияния на состояние системы, то такую систему принято называть адиабатически изолированной. Внутреннюю энергию адиабатически изолированной системы можно задать как некоторую функцию состояния U, причем приращение этой функции должно быть равным работе, которая совершается над системой при ее переходе из начального состояния в конечное независимо от пути:

А 12 U 2 — U 1.

где U2 и U1 внутренние энергии системы в состояниях 2 и 1.

22. Закон Бойля-Мариотта

Одним из законов идеального газа является закон Бойля-Мариотта, который гласит: произведение давления P на объем V газа при неизменных массе газа и температуре постоянно. Это равенство носит название уравнения изотермы. Изотерма изображается на PV-диаграмме состояния газа в виде гиперболы и в зависимости от температуры газа занимает то или иное положение. Процесс, идущий при Т const, называется изотермическим. Газ при Т const обладает постоянной внутренней энергией U. Если газ изотермически расширяется, то вся теплота идет на совершение работы. Работа, которую совершает газ, расширяясь изотермически, равна количеству теплоты, которое нужно сообщить газу для ее выполнения:

dQ PdV,

где dА элементарная работа

dV- элементарный объем

P давление. Если V1 V2 и P1 P2. то газ сжимается, и работа принимает отрицательное значение. Для того чтобы условие Т const выполнялось, необходимо считать изменения давления и объема бесконечно медленными. Также предъявляется требование к среде, в которой находится газ: она должна обладать достаточно большой теплоемкостью. Формулы для расчета подходят и в случае подвода к системе тепловой энергии. Сжимаемостью газа называется его свойство изменяться в объеме при изменении давления. Каждое вещество имеет коэффициент сжимаемости, и он равен:

c 1 / V О dV / CP T ,

здесь производная берется при Т const.

Коэффициент сжимаемости вводится, чтобы охарактеризовать изменение объема при изменении давления. Для идеального газа он равен:

c -1 / P.

В СИ коэффициент сжимаемости имеет следующую размерность: c м 2 /Н.

23. Закон Гей-Люссака

Закон Гей-Люссака гласит: отношение объема газа к его температуре при неизменных давлении газа и его массе постоянно.

при P const, m const.

Это равенство носит название уравнения изобары.

Изобара изображается на PV-диаграмме прямой, параллельной оси V. Процесс, идущий при P const, называется изобарическим. Если V1 и Т1 начальные, а V2 и Т2 конечные объем и температура, то справедливо равенство:

V 1 / Т 1 V 2 / Т 2.

Работу газа, которая совершается им при расширении, легко найти, посчитав площадь треугольника на PV-диаграмме:

A12 PDV m / M О RDT,

где DV V2 V1 изменение объема

DT Т2 T1 изменение температуры.

На VT-диаграмме изобара изображается прямой, выходящей из начала координат. Закон Гей-Люссака можно записать в следующей форме:

где V объем при температуре t, отсчитанной от 0 o C

V0 объем идеального газа при температуре Т0 273,j6 K.

Коэффициентом объемного расширения называют величину:

В общем случае любого вещества коэффициент объемного расширения определяется как:

Коэффициент объемного расширения идеального газа равен:

a 1/ Т.

Если Т 0 o C, то a aV

Для реальных газов закон Гей-Люссака не выполняется в области низких температур т. е. вблизи абсолютного нуля . При охлаждении до абсолютного нуля все, кроме гелия, газы сжижаются.

24. Закон Шарля

Закон Шарля утверждает, что отношение давления газа к его температуре постоянно, если объем и масса газа неизменны:

при V const, m const.

Это равенство носит название уравнения изохоры.

Изохора изображается на PV-диаграмме прямой, параллельной оси P, а на PT-диаграмме это прямая, которая выходит из начала координат. Процесс, идущий при V const, называется изохорическим. Характерной особенностью изохорического процесса является то, что газ при V const работы не совершает. При подводе тепловой энергии к газу происходит увеличение его внутренней энергии за счет подводимого тепла:

DU m / M О Cv DT,

где M молярная масса

CV молярная теплоемкость

DT Т2 T1 изменение температуры.

Если P1 и Т1 начальные, а P2 и Т2 конечные давление и температура, то:

Закон Шарля может быть записан в следующей форме:

где Р давление при температуре t, отсчитанной от 0 о С

Р0 давление идеального газа при температуре Т0 273,16 К.

Температурным коэффициентом изменения давления, или просто термическим коэффициентом давления, называют следующий параметр:

25. Уравнение состояния идеального газа

Уравнение состояния идеального газа описывает связь между его температурой и давлением. Поскольку давление идеального газа в замкнутой системе P 1/3 О mn v 2 , P nkT, то уравнение идеального газа будет выглядеть следующим образом:

P NkT,

где N число молекул, содержащихся в объеме V.

PV m / M ? NkT,

где M молярная масса

Na число Авогадро

k постоянная Больцмана

R универсальная газовая постоянная.

Равенство носит название уравнения Менделеева-Клайперона. В случае, когда количество вещества газа 1 моль, уравнение Менделеева-Клайперона примет вид PV RT. Газ можно считать идеальным, если его состояние описывается уравнением Менде-леева-Клайперона или одним из его следствий.

F P, V, t 0 носит название уравнения состояния. На PV-диаграмме совокупность состояний с t 0 const представлена в виде гиперболы. Множество гипербол, отвечающих различным температурам, называются изотермами. Процесс, при котором происходит переход газа из одного состояния в другое при t 0 const, называется изотермическим.

В случае P const 1 имеет место линейная зависимость объема некоторой массы газа от температуры:

V V0 1 + at 0 .

Она представляет собой закон Гей-Люссака. Аналогично для V const:

Из этих уравнений следует, что все изобары и изохо-ры пересекают ось t 0 в одной единственной точке, определяемой из условия 1 + at 0 0. Решение этого уравнения:

t 0 -1 / a -273,15 o C.

R 8,31 ч 10 3 Дж/ град. ч кмоль универсальная газовая постоянная.

PV m / m ? RT.

26. Универсальное уравнение состояния идеального газа

Отношение массы m газа вещества к количеству газа вещества v этой системы называют молярной массой газа вещества :

М m / v.

Размерность молярной массы следующая: M 1 кг / 1 моль.

Следствие из закона Авогадро позволяет найти отношение удельных объемов:

или

Последнее соотношение отражает важное свойство идеального газа: при одинаковых физических условиях произведение удельного объема газа на его молярную массу является постоянной величиной, не зависящей от природы газа, т. е. vM idem. Произведение vM представляет собой объем 1 моля идеального газа, а последнее равенство означает равенство молярных объемов всех газов при одинаковых давлениях и температурах.

Уравнение состояния для одного моля газа выглядит следующим образом:

Произведение MR есть универсальная молярная газовая постоянная. Физический смысл универсальной газовой постоянной состоит в том, что это есть ра26б бота одного моля идеального газа при изменении температуры на 1 o и постоянном давлении процесса. Она не зависит от природы газа. R 8,314/м. Уравнение вида

называют универсальным уравнением состояния.

Универсальным уравнением состояния идеального газа можно считать уравнение Менделеева Клайперона:

PV uRT.

Если поддерживать объем постоянным, а в качестве температурного признака взять давление газа, то можно получить термометр, обладающий идеально линейной шкалой. Она называется идеальной газовой шкалой температур. Удобно брать в качестве термометрического вещества водород. Шкала, установленная по водороду, называется эмпирической шкалой температур.

27. Основные свойства газовых смесей

Множество нескольких различных газов, между которыми невозможно осуществить химическое взаимодействие, называют смесью идеальных газов. Давление рассчитывается по формуле:

где i 1, 2, r, называется парциальным,

r число газов в смеси

N число молекул i-го газа

V объем смеси

k постоянная Больцмана

Т температура.

Закон Дальтона отражает зависимость между давлением смеси идеальных газов и их парциальными давлениями. Он гласит: «Давление смеси r идеальных газов и сумма их парциальных давлений равны между собой». Математическая формулировка закона Дальтона выглядит следующим образом:

Р Р1 + Р2 + + Pr NkT / V,

Закон Амага. Он отражает зависимость между объемом смеси идеальныхгазов и их парциальными объемами. Закон Амага гласит: «Объем смеси r идеальных газов и сумма их парциальных объемов равны между собой»:

Параметры газовой смеси можно найти, зная закон Клапейрона:

Отношение массы каждого газа к общей массе смеси называют массовой долей:

Комментарии запрещены.

Реклама