Файл: Эксплуатационные свойства и применение горючего, смазочных материалов и специальных жидкостей учебное пособие..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 154
Скачиваний: 0
Токсичность продуктов сгорания зависит от состава горючего и условий осуществления рабочего процесса. Нарушения нормаль ного протекания процесса горения, как правило, приводят к повы шению токсичности отработавших газов. При этом в их составе уве личивается содержание окиси углерода, окислов азота и углево
дородов.
Методы обнаружения токсических веществ. Качественное и ко личественное определение содержания токсических веществ может быть сделано химическими и физико-химическими методами. При сутствие в воздухе многих ядовитых веществ может быть обнару жено по запаху. Как правило, запах ядовитых веществ, входящих в состав горючего и смазочных материалов, обнаруживается, когда их концентрация уже близка к предельно допустимой.
Химические методы качественного и количественного анализа позволяют определять содержание токсических веществ с высокой точностью, однако они имеют недостатки, заключающиеся в том, что в ряде случаев необходимо иметь сложные лабораторные при боры и требуется сравнительно много времени для проведения ана лиза. Анализ химическими методами непосредственно в производ ственных помещениях не производится. Обычно проба воздуха, ото бранная из таких помещений, подвергается анализу в лаборатор ных условиях. При этом для получения достоверных данных суще ственное значение имеет способ отбора и сохранения пробы.
В настоящее время наибольшее распространение получили фи зико-химические методы анализа с помощью стационарных и пере носных приборов. Например, универсальный газоанализатор УГ'-2 позволяет определить концентрацию ядовитого вещества по длине окрашенного столбика порошка, помещенного в реакционную труб ку. Порошок представляет собой инертный носитель, обработан ный реактивом, образующим с исследуемым веществом цветные продукты реакции. Во время анализа через реакционную трубку просасывается определенный объем воздуха из помещения.
Способы защиты. Человеческий организм обладает определен ными защитными способностями к действию ядовитых веществ. В ряде случаев их небольшие концентрации быстро выводятся из организма или нейтрализуются. Повторное воздействие ядовитого вещества может привести к ослаблению защитной реакции. Такие вещества, как ТЭС, способны накапливаться в организме человека.
Для защиты личного состава применяют групповые и индиви дуальные средства защиты. К групповым относятся главным об разом различные вентиляционные устройства, к индивидуальным — противогазы и защитная одежда: халаты, перчатки, прорезиненные
•фартуки и шланговые противогазы.
Р а з д е л III. Г О Р Ю Ч Е Е
I л а в а 10. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРЮЧЕГО
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Значение энергетических свойств. Современные силовые уста новки в качестве основного источника энергии используют энер гию, выделяющуюся при химических взаимодействиях некоторых элементов и соединений. Энергия химических реакций может быть весьма различной по величине. Наибольшим энергетическим эф фектом сопровождаются реакции рекомбинации радикалов, мень ше энергии выделяется в реакциях окисления и разложения слож ных молекул. Наибольшее практическое значение имеет использо вание энергии, выделяющейся в реакциях окисления горючего и окислителей в процессе горения.
Горение представляет собой комплекс физико-химических пре вращений смеси горючего и окислителя, сопровождающихся интен сивным выделением тепла и излучением света. Значение процесса горения определяется тем, что на использовании энергии, выделяю щейся в результате этого процесса, основана работа всех типов дви гателей внутреннего сгорания.
Существующие конструкции современных двигателей позволяют полезно использовать лишь 30—40% энергии реакций горения. По этому большое значение имеют свойства топлива, характеризую щие как максимальный запас химической энергии, так и возмож ность использовать его. Запас химической энергии характеризуют энергетические свойства топлива. Эффективность ее использования в двигателях внутреннего сгорания, а также в других энергетиче ских агрегатах зависит от способа превращения энергии химиче ских связей в данном энергетическом агрегате в другие виды энер гии, от условий осуществления этого процесса, от термодинамиче ских и термохимических свойств продуктов сгорания.
В настоящее время основным способом использования энергии, заключенной в различных видах топлива, является их сжигание
9 Зак. ЛЬ 194 |
129 |
в атмосфере кислорода воздуха. Выделяющаяся в результате сго рания энергия в виде тепла преобразуется в кинетическую энергию газов или непосредственно в механическую работу.
Процессы воспламенения и сгорания в различных типах двига телей внутреннего сгорания являются определяющими. В их основе лежат быстро протекающие химические реакции между горючим и окислителем. В ходе этих реакций разрушаются электронные оболочки исходных компонентов топлива и образуются новые мо лекулы продуктов сгорания.
Эффективность процесса горения в значительной мере опреде ляет общее совершенство двигателей внутреннего сгорания, их эф фективность и надежность. Энергетические свойства топлива так же оказывают существенное влияние на эффективность и надеж ность двигателей, запас хода различных видов машин, на которых они установлены. Последнее обстоятельство имеет исключительно большое значение для военной техники.
Мощностные и экономические показатели двигателей внутрен него сгорания и характеристики энергетических свойств топлива связаны следующими соотношениями:
Q h. , Vi Qh. C M Vi'l Si |
Qr. r. Vi |
|
где QH.г и Qh. cm— соответственно низшая теплота сгорания горю чего и топливо-воздушной смеси;
■ц.— индикаторный к. п. д., зависящий от условий осуществления рабочего процесса двигателя и термодинамических свойств продуктов сгорания; L0— теоретически необходимое количество воздуха
для полного сгорания горючего.
Из приведенных выражений видна необходимость улучшения
энергетических свойств топлива.
Теплота сгорания горючего и топливо-воздушной смеси. Вели чина теплового эффекта реакции между горючим и окислителем за висит от свойств горючей смеси и условий протекания процесса — температуры, давления, объема.
Если реакция происходит при постоянном давлении, то умень шение внутренней химической энергии определяет не только вели чину теплового эффекта Qp, но и внешнюю работу L. Когда про цесс развивается при V = const, внешняя работа равна нулю, а уменьшение внутренней энергии будет определять только величину теплового эффекта реакции. Тепловые эффекты химических реак ций, протекающих при постоянных объеме и давлении, связаны между собой соотношением
Qv— Qp^ L.
Таким образом, тепловой эффект химического процесса при V—const больше, чем при р = const, на величину работы, затрачи ваемой на расширение газа.
130
Тепловой эффект реакции может быть отнесен к единице коли
чества горючей смеси или только горючего. Т е п л о т а |
с г о р а |
ния — количество тепла, выделяющегося при полном |
сгорании |
единицы массы или объема горючего в кислороде воздуха,— яв ляется основной характеристикой энергетических свойств горюче го. Тепловой эффект реакции окисления между горючим и окисли телем, завершающийся образованием наиболее устойчивых окис лов, отнесенный ко всему количеству реагирующей смеси, часто называют т е п л о п р о и з в о д и т е л ь н о с т ь ю .
Теплота сгорания, или теплопроизводительность горючей смеси, оценивает энергетический запас данной пары горючего и окислите ля. Эта величина зависит от вида горючего и окислителя. При определении теплоты сгорания топлива и теплопроизводительности горючей смеси необходимо учитывать условия, к которым относит ся тепловой эффект реакции. Продукты сгорания могут находиться в различном агрегатном состоянии и теплота их образования будет неодинаковой.
В соответствии с этим различают высшую и низшую теплопро изводительность, высшую и низшую теплоту сгорания. Высшая теп лопроизводительность и теплота сгорания включают количество тепла, которое выделяют продукты горения, конденсирующиеся в условиях определения теплового эффекта реакции. При опреде лении низшей теплопроизводительности и теплоты сгорания тепло конденсации продуктов сгорания не учитывается.
Реакция горения углеводородного горючего в воздухе протекает
по уравнению |
|
CnHmOpSe -f- p-0NBOo = яС 02 + 0,5/гаН2О + |
eS0 2 + O,5p.0«N 2, (6) |
где С„НтСУД, и N„0„ — условные химические |
формулы горючего |
и воздуха; |
|
р0 — теоретическое количество воздуха, необ |
|
ходимого для полного сгорания горючего,
молей, на 1 |
моль горючего. |
|
Из уравнения реакции |
горения |
' |
2п + 0,5 т 4- 2е — р |
||
*> = ---------- |
v----------- |
' |
По закону Гесса количество теплоты, выделяющееся или погло щающееся при химических процессах, зависит только от начально го и конечного состояния веществ, участвующих в этих процессах. Начальное и конечное состояние системы в процессе горения ха рактеризуется суммой теплот образования исходных и конечных продуктов. Поэтому тепловой эффект реакции Qp равен
Qp — (ftQco24~ 0,5 тQtlo4~еQso,4-0,5 h-0«Qn^) — (Qr6 4- PoQb6).
Поскольку теплота образования воздуха и азота принимается равной нулю,
Qp = «Qco2 + 0,5 тпОнао 4- eQso, — Q°6>
9* |
131 |
где Qco„, Qh2o, Qso2 и Q°6 — теплота образования продуктов сгорания и горючего.
Величина Qt представляет собой теплоту сгорания или теплопроизводительность исходных продуктов, взятых в стехиометриче ском соотношении (1 моль горючего и ц.0 молей воздуха).
Следовательно, теплопроизводительность 1 кг смеси горючего
и воздуха |
равна Qox= |
Р р—гг , теплота сгорания горючего |
|
|
|
|
Мт-j- р0Мв |
— /И" ’ |
где |
и М* |
— молекулярные массы горючего и воздуха. |
При определении теплопроизводительности горючей смеси и теп лоты сгорания горючего можно воспользоваться также следующи ми расчетными формулами.
При полном сгорании горючего CnT^OpS,, в кислороде воздуха
образуются |
окислы Н20 , С 0 2 |
и S 0 2. Для |
полного сгорания 1 кг |
||
горючего требуется L0 кг воздуха. Если |
известен элементарный |
||||
состав горючего, то значения L0 легко определяются |
из соотно |
||||
шения |
|
|
|
|
|
|
8/3Cr+ 8 H r+ S r- O r |
|
|
||
|
0 |
23,1 |
|
|
|
где Сг, Нг, |
Ог и Sr— содержание в горючем углерода, |
водорода, |
|||
|
кислорода и серы, °/0; |
|
|
||
Теплота |
23,1 — среднее содержание кислорода в воздухе, % . |
||||
сгорания горючего |
|
|
|
||
Qr = |
/~\0б |
Г\об |
/-)Об |
/")Об |
|
0,01 Ы£2? Сг + 0,01 |
Нг + 0,01 |
SP - |
, |
||
|
Aq |
2Ан |
As |
Nlv |
|
гдеАс, Ан и As — атомные веса углерода, водорода и серы.
Учитывая, что теплота образования при 298,15° К СО^НгО (газ) и S 0 2 соответственно составляют 393,5; 241,8 и 296,4 кдж/'г-моль, для низшей теплоты сгорания последнюю формулу можно запи сать в виде
Q„.r = 328СГ + 1200НГ + 93Sr— Q f кдж/кг.
По формуле Д. И. Менделеева низшая теплота сгорания угле водородного горючего равна
Q„. г = 81СГ + 246НГ — 26 (Ог - Sr) ккал/кг.
Теплопроизводительность топливо-воздушной смеси при стехио метрическом соотношении
о — Q»-r
< * .с м - 1 + £ в .
Термодинамические характеристики продуктов сгорания. Для оценки термодинамических свойств продуктов сгорания необходи
132