Теплота
горения веществ. Температура горения
Горение каждого вещества сопровождается выделением определенного количества вещества. Количество выделившегося тепла будет зависеть, в частности, от полноты сгорания вещества. Для оценки и сравнения различных горючих веществ важно знать, сколько тепла выделится при их горении и какая ожидаемая температура будет при этом. Количество тепла, выделившегося при горении, оценивают теплотой горения.
Под теплотой горения понимают количество тепла, выделяющегося при полном сгорании одной массовой (кг) или объемной (м³) единицы вещества.
Теплота горения веществ обычно измеряется в ккал/кг, ккал/м³ (кДж/кг, кДж/м³). Различают высшую и низшую теплоту горения.
Высшая теплота горения – это количество тепла, выделенное при полном сгорании 1 кг или 1 м³ горючего вещества при условии, что содержащийся в горючем веществе водород сгорает с образованием жидкой воды.
Низшая теплота горения – это количество тепла, выделенное в тех же условиях, но когда содержащийся в горючем веществе водород сгорает до образования водяного пара и испарения влаги горючего вещества.
Теплота горения простых горючих веществ (метан, этан, сера) постоянная, так как постоянен их химический состав, а теплота горения сложных горючих веществ (нефтепродукты, уголь, древесина) не постоянна и зависит от того, в каком количестве и какие элементы входят в их состав.
Теплота горения некоторых веществ, полученная экспериментально, приведена в таблице:
|
Вещества |
Теплота горения |
|
|
кДж/кг (ккал/кг) |
кДж/м³( ккал/м³) |
|
|
Ацетилен Ацетон Бензин Бумага Древесина Каучук синтетический Резина Метан Этан Пропан Бутан Нефть Керосин Метиловый спирт Этиловый спирт Пропиловый спирт |
48273 (11500) 30848 (6800) 43785 (10450) 13408 (3200) 13620 (3250) 37710 (9000) 33520 (8000) 50004 (11958) 47569 (11353) 46442 (11084) 45801 (10900) 44720 (10700) 42570 (10380) 22375 (5700) 29875 (7130) 33658 (8033) |
59090 (14170) 35875 (8552) 68839 (15236) 91350 (21802) 118761 (28400) |
Практически в процессе горения, особенно на пожарах, указанная в таблице теплота горения не выделяется, так как горение в условиях пожара является неполным. Выделившееся горючим веществом тепло поглощается продуктами горения, вследствие чего они нагреваются до высокой температуры.
Различают теоретическую (калориметрическую) и действительную температуру горения. Теоретической температурой горения называется та максимальная температура, до которой могут быть нагреты продукты горения, когда все тепло, выделившееся при полном сгорании вещества, затрачивается на их нагрев. Действительной температурой горения называется та фактическая температура, до которой нагреваются продукты горения при горении вещества в данных условиях. Действительная температура горения всегда ниже теоретической.
Температура горения зависит от условий горения и его скорости: чем больше скорость горения, тем выше температура и наоборот. Это объясняется тем, что при малой скорости горения большое количество выделившегося тепла расходуется на нагревание окружающей среды за счет теплоотдачи. Например, несмотря на высокую температуру горения этилена, равную 59715 кДж/м³(14286 ккал/м³), температура горения этилена составляет 1993°С. Теплота горения водорода в четыре с лишним раза меньше, чем у этилена, - 12794 кДж/м³(3050 ккал/м³), но, несмотря на это, температура горения водорода выше, чем у этилена, и составляет 2230°С, что объясняется большой скоростью горения водорода.
Температура горения зависит также от количества воздуха, поступающего в зону горения. Чем больше воздуха поступает в зону горения, тем ниже температура. Другим фактором, влияющим на температуру горения, Является полнота сгорания. При неполном сгорании горючего вещества количество выделенного тепла будет меньше, следовательно, и температура горения будет ниже.