Определите низшую телоту сгорания каменного угля следующего состава

Предмет: Химия
Раздел: Термохимия

Для определения низшей теплоты сгорания топлива необходимо учитывать его элементный состав, а также учитывать потери тепла на испарение влаги и образование паров воды.

Дано:

• Массовые доли элементов в топливе:
  C = 70\%, H = 11\%, O = 8\%, S = 2\%, A = 5\%, W = 4\%.

По определению:

• Высшая теплота сгорания топлива рассчитывается по формуле:
  Q_{\text{высш}} = 34.4 \cdot C + 102 \cdot H + 9.3 \cdot S,
  где C, H, S выражены в долях единицы.

• Низшая теплота сгорания топлива учитывает потери на испарение влаги и рассчитывается по формуле:
  Q_{\text{низш}} = Q_{\text{высш}} - r \cdot (W + 9H_{\text{эфф}}),
  где:

  • r = 2.44 МДж/кг — удельная теплота испарения воды;
  • W — массовая доля влаги в топливе (в долях единицы);
  • H_{\text{эфф}} = H - \frac{O}{8} — эффективная доля водорода, участвующая в образовании воды.

Решение:

1. Переведём массовые доли в доли единицы:
   C = 0.70,
   H = 0.11,
   O = 0.08,
   S = 0.02,
   W = 0.04.

2. Рассчитаем эффективную долю водорода:
   H_{\text{эфф}} = H - \frac{O}{8} = 0.11 - \frac{0.08}{8} = 0.11 - 0.01 = 0.10.

3. Рассчитаем высшую теплоту сгорания:
   Q_{\text{высш}} = 34.4 \cdot C + 102 \cdot H + 9.3 \cdot S,
   подставляем значения:
   Q_{\text{высш}} = 34.4 \cdot 0.70 + 102 \cdot 0.11 + 9.3 \cdot 0.02,
   Q_{\text{высш}} = 24.08 + 11.22 + 0.186 = 35.486 \, \text{МДж/кг}.

4. Рассчитаем низшую теплоту сгорания:
   Q_{\text{низш}} = Q_{\text{высш}} - r \cdot (W + 9H_{\text{эфф}}),
   подставляем значения:
   Q_{\text{низш}} = 35.486 - 2.44 \cdot (0.04 + 9 \cdot 0.10),
   Q_{\text{низш}} = 35.486 - 2.44 \cdot (0.04 + 0.90),
   Q_{\text{низш}} = 35.486 - 2.44 \cdot 0.94,
   Q_{\text{низш}} = 35.486 - 2.2936 = 33.1924 \, \text{МДж/кг}.

Ответ:

Низшая теплота сгорания каменного угля составляет приблизительно 33.19 \, \text{МДж/кг}.