ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Химический состав и сгорание топлива из "Основы теории тепловых процессов и машин Часть 2 Издание 3 " В качестве топлива в современных ДВС используются вещества, полученные в процессе переработки нефти. Эти вещества представляют собой химические соединения углерода (С) с водородом (Н). К ним относятся бензин, лигроин, керосин, дизельное топливо. Процесс сгорания топлива нефтяного происхождения сводится к реакциям соединения углерода и водорода с кислородом, находящимся в воздухе. [c.170] Углеводородами называют вещества, состояпще всего из двух химических элементов — углерода и водорода. Можно предположить, что при таком бедном составе химические свойства углеводородов не должны сильно отличаться. На деле все оказывается не так. Важнейшей структурной особенностью углеводородов, как и многих других органических соединений, является наличие в них устойчивых углерод — углеродных связей. Углерод (С) единственный в своем ряде химический элемент, способный образовывать устойчивые цепочки из атомов, связанных между собой одинарными (простыми), двойными и тройными связями. Ни один другой химический элемент не способен к образованию подобных структур. [c.170] У ароматических углеводородов атомы углерода связаны между собой в плоскую циклическую (кольцевую) структуру (рис. 10.8). Эти углеводороды имеют очень большую ненасыщенность. По этой причине можно было бы ожидать их очень высокой реакционной способности, но в действительности их химические свойства совсем не похожи на свойства алкенов и алкинов. Ароматические углеводороды обладают достаточной устойчивостью. [c.171] Бензин представляет собой смесь летучих углеводородов, получаемую в результате переработки нефти. В зависимости от происхождения не и он может, наряду с алканами, содержать различные количества ароматических (циклических) углеводородов. [c.171] Продукт прямой переработки нефти — бензин, состоящий в основном из неразветвленных углеводородов, мало пригоден в качестве топлива для тепловых двигателей. Это обусловлено повышенной реакционной способностью неразветвленных углеводородов, что при окислении может вызвать отрицательные эффекты, в результате которых разрушится расширительная машина. Для исключения таких эффектов бензин, получаемый в результате прямой перегонки нефти, подвергают крекингу. В результате крекинга имеюпщеся в бензине неразветвленные углеводороды превращаются в более разветвленные молекулы, происходит превращение некоторых фракций, обладаюшдх низкой летучестью, во фракции с меньшей молекулярной массой, пригодные в качестве топлива для тепловых двигателей. [c.172] Углеводороды, входящие в состав жидкого топлива нефтяного происхождения, имеют в одной молекуле от 5 до 30 атомов углерода. В молекуле бензина содержится от 5 до 12 атомов углерода, а в керосине и дизельном топливе — до 30 атомов углерода. Чем больше атомов углерода содержится в молекуле топлива, тем оно тяжелее. Это объясняется тем, что атомная масса углерода в 12 раз больше атомной массы водорода. [c.172] Для определения энергетических показателей теплового двигателя и оценки его эффективности необходимо знать количество тепловой энергии, передаваемой рабочему телу в результате сгорания топлива. Так как при сгорании топлива рабочему телу передается энергия в тепловой форме, его параметры состояния (давление, объем и температура) будут изменяться. По изменению этих параметров можно определить количество тепловой энергии, переданной рабочему телу в процессе сгорания (окисления) топлива. Напомним, что в результате окисления (сгорания) топлива происходит изменение состава рабочего тела, что также вызывает некоторое изменение параметров рабочего тела. При рассмотрении идеализированных циклов такого эффекта не происходило. В реальных циклах его необходимо учитывать. [c.172] Так как в природе относительное количество кислорода в воздухе практически не изменяется, расчет можно вести по количеству воздуха, требуемого для сгорания топлива. [c.173] Количество кислорода (воздуха), требуемое для полного сгорания топлива можно определить на основании реакций, происходящих при его окислении. Для составления этих реакций необходимо знать химический (элементарный) состав топлива. [c.173] Основная часть тепловой энергии выделятся при окислении углерода, несколько меньшая часть — при окислении водорода. Сера нежелательна в составе топлива, так как при окислении выделяет незначительное количество тепловой энергии и образует вредные оксиды. Азот при окислении не выделяет тепловой энергии, а так как в составе топлива его очень мало, в теплотехнических расчетах он не учитывается. [c.173] Величины С, Н, 8, От представляют собой относительную массу каждого химического элемента в составе данной массы топлива. [c.173] Кислород От, имеющийся в незначительном количестве в топливе, принимает участие в окислении остальных составляющих этого топлива. [c.173] При составлении реакций окисления составляющих топлива следует учитывать, что в природе кислород и водород существуют в двухатомном виде, а углерод и сера в одноатомном. [c.174] Химические уравнения (10.4)-(10.6) показывают, что в результате химической реакции из молекул одного сорта образовались молекулы другого сорта . Одни связи между атомами, образующими молекулы, разорваны, а другие связи между атомами созданы. При разрыве межатомных связей затрачивается, а при их образовании высвобождается энергия в тепловой форме. Излишек тепловой энергии называется энергетическим (тепловым) фектом (или теплотой) превращения (реакции). [c.174] Атомная масса водорода равна 1. Так как молекула водорода Н2 содержит два атома, то молекулярная масса водорода равна 2. Следовательно, 2 г водорода составляют 1 моль, а 2 кг водорода — 1 кмоль. [c.174] Пусть в 1 кг топлива содержится С кг углерода, Н кг водорода, 8 кг серы и От кг кислорода, т. е. [c.176] Атомная масса кислорода равна 16. Молекула кислорода Ог содержит 2 атома, следовательно, молекулярная масса кислорода равна 32. Таким образом, 1 кмоль кислорода равен 32 кг. В 1 кг топлива содержится От килограмм кислорода, что равно От/32 киломоль. Этот кислород участвует в окислении топлива. Тогда для окисления топлива требуется забрать из воздуха несколько меньше кислорода. [c.176] Выражение (10.19) позволяет определить количество кислорода, теоретически необходимого для полного окисления (сгорания) 1 кг топлива. [c.176] Содержанием кислорода в дизельном топливе зачастую пренебрегают. Серу при переработке нефти стремятся полностью удалить из топлива. [c.176] Вернуться к основной статье