Дәріс отынның ТҮрлері, Қасиеті, ЖАНУЫ отынның жалпы сипаттамасы

Қазіргі кезеңдегі коғамның дамуы энергияны колданумен тығыз байланысты. Ғылыми-техникалык прогрестің өркендеуіне сай отын-энергетикалық ресурстарының атқаратын маңызы да арта түспек. Халық шаруашылығына бөлінетін каржының көп бөлігі осы отынға жұмсалады. Сол себептен қоғамдық өндірісте үнемделінген әрбір процент отын мен энергия мемлекетке көп пайда түсіреді. Біздің еліміз отыи мен энергия өндіруде дүиие жүзіндегі алдыңғы катарлы индустриялық державалардың бірі бола отырып, өзінің, жеке коры негізінде өркендеп келе жатқан бірден-бір ел болып табылады.

Ауыл шаруашылығында негізгі тарту және козгалыс күші болып өздігінен жүретін машиналар, ком байндар, тракторлар мен автомобильдер саналады Ал оларды козғалыска келтіретін күш іштен жану двигательдері (карбюраторлы, дизельді) болып табылады. Жақын болашақта бұл салада әрі арзан, әрі сенімді дизельді двигательдерді кец колдану көзделініп отыр. Қазіргі кезде мүндай двигательдер тек кана тракторлар мен комбайндарда ғана емес, сонымен катар ауыр жүк автомашиналарында да (КАМАЗ, БЕЛАЗ, КраЗ, УралАЗ, ЗИЛ, ГАЗ) орнатылған. Осы аталған двигательдер негізінен жанармаймен жұмыс істейді. Сондықтан да ауыл шаруашылығында кеңі-нен қолданылатын эиергия көзінің біріне жанармайдың (сұйық отындардың) түрлері жатады.

Сұйық отындарды үиемдеп, коршаған ортаныц ластануын азайту тұрғысынан карағанда газ тектес отындарды кенінен пайдаланудыц болашағы зор. Мұндай отынға, мұнай өндіру кезінде бөлінген газдар, пропан-бутондық қоспа, мұнай өнімдерін алу кезінде белінген және ағаш пен көмірден құрғактай айдалу жолымен алынған — генераторлык газдар жатады.

Болашақта пайдаланылуға тиіс қоры мол газ тектес отынның бірі — сутегі. Бұл отының қазіргі бір кемшілігі — ауамен қосылғанда жарылғыш қоспалар пайда болады.

Қазіргі кезде елімізде және шет елдерде мүнайдаи алынған сұйық отындарды басқа энергия кездері мён. атом қуаты, күнніц жылуы, желдің күші, теңіздің толқыны және т. б. алмастыру мақсаты кезделіп отыр. Себебі бұлар арзан және экологиялык жағынан өте тиімді энергия көздері болып есептеледі.

Халык шаруашылығындағы ең маңызды шаралардың бірі еліміздің отын-энергетикалык ресурстарын үиемді пайдалану болып табылады. Бұл жауапты істі ойдағыдай жүзеге асыру үшін энергияны ендіру мақсатында қолданылатыи отындардың жалпы сипаттамасы мен қасиеттерін жетік білген жен. Мұнымен қатар, шаруашылықтардағы машиналардың пайдалану мерзімін ұзартуда да жағармайды дұрыс колдана білудің маңыз айрықша. Ол үшін машина ойдағыдай жүзеге асыру үшін энергияны ендіру мақсатында қолданылатыи отындардың жалпы сипатта-масы мен касиеттерін жетік білген жен. Мұнымен қатар, шаруашылықтардағы машиналардың пайдалану мерзімін ұзартуда да жағармайды дұрыс колдана білудіц мацыз айрыкша. Ол үшін машина тетіктерініц жұмыс істеу барысында жагармай қасиетінің өзгеру ерекшелігін, оларды жаңарту мерзімін дәп белгілей білудің срекше мәні бар. Бұл механизаторлардан, инженер-техник мамандарынан өз ісін жетік білуді, отынға, техникаға өте ұкыпты болуды талап етеді.

Отын — жанған кезде жоғары мөлшерде жылу бөліп шығаратын адам денсаулығына зиянды газдар бөлмейтін органикалық зат. Отын табиғатта кецінен тараған, арзан әдістермен өндіруге қолайлы болуы қажет. Сонымен қатар, отын жер қойнауында дайын күйінде қездесіп кана коймай, жасанды түрде алынуы да мумкін. Бұл айтылған шарттарға мұнай, табиғи газдар, көмір, жанғыш шымтезек, торф сияқты шикі заттардың қасиеті сәйкес келеді. Халық шаруа-шылығында қолданылып жүрген отындардың жалпы түрлері 1-кестеде келтірілген.

1-кесте

Отынның қосалқы жіктелуі

Агрегат куйі б\ша	Жаратылысы бойынша
	Табигп	Жасанды
Сұйық Қатты Газ тектес	Мұнай көмірлер; шымтезек, торф, ағаш отын табиғи газдар мен пайдалы казбаларды өндіргенде бөлінетін газдар	мұнай өнімдері (бензин, ксросин, дизельдерге арналған жанармай, мазут) спирт, тас кемірдін коксы, шала кокс, агаш көмірі, ұнтакталынган отьндар және тығыздалып брикеттенген т. б. газдар (генераторлық газ, домналык, мұнай өнімдерін шығаратын заводтың, кокстың және шала коксгың газдары)

Ауыл шаруашылыгындағы трактор, комбайн, автокөлік паркінің жұмысын камтамасыз етуде, негізінен сұйық отындарды пайдаланады.

Отынның құрамы жанғыш және жанбайтын бөліктерден тұрады.

Отынның жанғыш бөліктері кеміртегі (С), сутегі (Н), оттегі (О), азот (N) және күкірттен (S) құралған органикалық қоспалардан тұрады.

Жанбайтын бөліктері күл (А) мен ылғалдан (W) тұратьш минералдық қоспалардан құралады.

Осылардың ішінде көміртегі мен сутегі непзгі жан-ғыш және жылу бөлгіш заттар болып саналады. Сондықтан жанғыш заттар өзінің элементтік құрамы бойынша уш класқа бөлінеді (2-кесте).

Отынның химиялық құрамы бойынша кяастарға бөлінуі

Кпасс	химиялық кұрамы	отынның түрлері
I	Көміртегі	Агаш көмірі мен кокстың барлык түрлері
II	Көміртегі мен	Мұнай, мұнай өнімдері,
	сутеп	газ тектес сутеп мен көміртегінін коспалары және баскалары.
III	Көміртеп", сутсгі	Агаш ртын, торф, казба
	және оттегі	лы көмірлер, тығыздалған брикеттер, спирттер, генераторлык, коспа және сутектес газдар.

Көміртегі (С) —отынның негізгі жанғыш бөлігінің бірі болып табылады. Оның отын құрамындағы мөлшерінің кебеюіне байланысты отынның жылу бөлу қасиеті де арта туседі. Отынның түрлеріне байланысты құрамындағы көміртегінің мөлшері 50 ... 97% аралығында болады.

Сутегі (Н) — отынның негізгі жапгыш бөліктерінің ішінде көміртектен соң екінші орындағы зат болып табылады. Отынның құрамында сутегі 25%-ке дейінгі аралықта кездессе, ал жанған кезде жылуды көміртегінен 4 есе көп бөліп шығарады.

Оттегі (О) — отынның құрамына 0,5—43% мөлшерінде түзсе де жанбайды, сол себепті жылуды да бөліп шығармайды. Сондықтан да оттегіні отынның ішкі балластысына жатқызады.

Азот (N) — оттегі сияқты өздігінен жанбайтындықтан отынның ішкі балластысына кіреді. Сұйық және қатты отындардағы азоттың мөлшері ете аз — небәрі 0,5—1,5%.

Күкірт (S) — жанған кезде жылу бөлуіне қара-мастан отынның кұрамындағы ең бір қажетсіз зат болып табылады. Себебі жану барысында пайда болған күкірт оксидтері (50г, SОз) металдармен жанасканда, осы металдардың бетінде катты тат (коррозия) пай да болуына әсер етеді. Күкірттің мөлшері қатты отындарда 8%-ке дейін жетсе, ал мұнайда 0,01—5,5% аралығында кездеседі.

Күл (А) — жанбайтын құрғақ зат болып табыла-ды, ал оның мөлшерін отын толық жанғаннаң кейін ғана анықтауға болады. Сонымен қатар ол өте керексіз, зиянды қоспа болып саналады, себебі оның үйкелуі әсерінен металл заттарыныц беттері біртіндеп уатыла бастайды да жұқарып кетеді. Сондықтаң жылу өндірпш қазанда күлі мол отындарды пайдалану тиімсіз, Сондай-ақ курамыпда күлі жоғары отындардың жылу бөлгіштігі мен жануы өте төменболады Күл непзінен отын жанған кездегі минералдық (М) заттардан пайда болады. Күл мен минералдық заттардың алмасуындағы қатынасы мынадай болады:

Ылғал (W) — отынның құрамына кіретін ең бір. кажетсіз зат болып табылады. Себебі жылудың біраз мелшері осы ылғалды буландыруға жұмсалатындықтан, отынның жану температурасы мен жылу бөлу әсері төмендейді. Әрі ылғалдың әсерінен кейбір металдан түратын тетіктердің бетін тат (коррозия) басады. Отынның қурамындағы ылғалдың химиялық бай-ланысына қарай оны екі түрге бөледі. Біріншісі — ішкі ылғал. Ол заттардың атомдарымен химиялық байланыста болады. Екіншісі — сыртқы ылғал. Ол отынды әндіру, сақтау, тасу кезінде құрамына атмосфералық ауадап қосылған химиялық байланыссыз түрде болады. Ішкі ылғалды отынның құрамын лаборатбриялық зерттеуде 105°С немесе 130°С температураға дейін кыздыратын кептіргіштерде анықтайды. Ал сыртқы ылғалды көбінесе табиғи кептіру арқылы жоғалтады.

Практикалық жағдайда жылу техникалық есептеуді жеңілдету үшін құрамындағы заттардың өзгеруіне байланысты отынның төрт агрегаттық құрамын қарастырады; жұмысшы, аналитикалық (лабораториялық), құрғақ және жанғыщ массалар.

Отынның жүмысшы массасы деп оның жанғыш белігімен қатар күл және ылғалдан тұратын, әрі тұтынушыға табиғи жағдайда қолдануға жарайтын мәлшерін айтамыз. Отынның толық құрамы былай белгіленеді.

Ср+Нр + Ор + Nр+Sр + Ар + Wр= 100 % (1)

Отын, оның қасиеті туралы тереңірек білу үшін лабораториялық зерттеу кажет. Онда отынның аналитикалық массасын адықтайды. Ол үшін оның құрамынан сыртқы ылғалды, яғни бос ылғалды кептіру арқылы жоғалтады.

С с + Нс + Ос + Nс + Sс+Ас =100% (2)

Ал отынның кұрғақ массасында ылғал мүлде болмайды да, оның құрамы былайша аныкталады:

Сг+Нг+Ог+Nг+Sг=100% (3)

Отынның жалпы құрамын, оның элементтерінің қатынасына байланысты өрнектелуін 1-суреттен көруге болады.

Барлық жылулық есептеулерді отынның жұмысшы массасына (негізгі) байланысты жүргізеді. Бірақта оның қүрамы әр кезде тұракты емес. Себебі ылғал мен күлдің мөлшері айнымалы болады. Сондыктан көп жағдайда есептеудің бір жолынан екінші жолына көшуге тура келеді. Егер, зерттеу бойынша отындағы кеміртегінің күрғақ массасы белгілі болса, онда оның жұмысшы массасын былай анықтауға болады:

С_р=С_с 100-W_p\100 (4)

Газ тектес отын турлерінің жанғыш бөліктері сутегіден (Н), көміртегінің шала тотығынан (СО), метаннан (СН4) және де көміртегінің атомдарының саны бестен кіші әр түрлі көмірсутектерінен (СпНт) тұрады. Негізгі жылу бөлгіштер болып метан мен ауыр көмірсутектер есептелінеді. Ал көміртегінің оксиді өте аз мөлшерде ғана жылу бөледі. Газ тәрізді отынның кұрамындағы байланыстың бөлігін жанбайтын газдар, яғни азот (N), көмірқышқыл газы (СО2), күкірт тотығы (50г), оттегі (Ог) және судың буы (Н₂О) құрайды

Дүние жүзілік өлшем бірлігі де жылудьщ өлшем бірлігі ретінде кДж колданылады. Ал, осы уақытқа дейін біздің елімізде жылудың өлшем бірлігі ретінде кКал колданылып келген болатын (1 кКал=4,1886 кДж).

Отынның жылу бөлу қасиетін екі түрлі тәсілмен анықтауға болады, біріншісі — есептеу, екіншісі — тәжірибелік тәсіл.

Есептеу тәсіліндегі ең тиімдісі Д.И. Менделеевтің формуласы. Сұйық және құрғақ отындардағы жоғарғы үлестік жылу бөлу мөлшерін былайша анықтайды:

Qв = 339С + 1256Н-109(О-S), (5)

мүндағы С, Н, О және S отыңдағы әр элементтердін құрамын %-тік мөлшерде көрсетеді.

Ал төменгі үлестік жылу бөлу мөлшерін мына формуламен аныктайды.

Qи=Qв-25(9Н+W) (6)

мхндағы Qи тәжірибедегі бөлінген пайдалы жылу мөлшері. Ал азайтқыш 25 (9Н+W)— отынның жану кезіндегі ылғалды буға айналдыруға жұмсалған жылудың үлестік мөлшері. Н пен W — отындағы сутегі мен ылғалдың % мөлшері.

Газ тәріздес отындардың жылу бөлу мөлшері, осы газдың құрамындағы әрбір заттардың (көміртегі тотығы — СО, сутегі — Н₂, метан — СН₄, ауыр сутекті көміртектер — СпНт) мөлшеріне байланысты.анықталады. Олардың жоғарғы жылу мөлшерін мына формула бойынша анықтайды:

Q_в^с =128(СО + Н₂)+399СН₄ +639СnH _m (7)

ал төменгі жылу бөлу мөлшері аныкталғанда жоғарғы теңдеу былайша түрленеді:

Q^c_и128СО+108Н ₂+356СН₄ + 589С_nН_m (8)

Жоғарыда келтірілген формулаларда газдардың мөлшері проценттік шамамен қалыпты жағдайда келтірілген. Әр элементтіц алдындагы коэффициенті олардың өзара кандай қатынаста жылу бөлетіндігін көрсетеді. Ал Q^c_и анықтау формуласындағы коэффициенттердің төмендеуі жылудың бір бөлігінің пайда болған ылғалды буға айналдыруға жұмсалғандығын көрсетеді. Газ торіздес отынның құрамындағы судың буы болуына байланысты. Жылудың мөлшері құрғақ отынға шағып есептелетіндіктен көп жағдайда газдар үшін жылуды қайтадан нақтылы массаға есептеуге тура келеді:

Q_n ^p = Q^c_и 0,805/0,805+W (9)

мұндағы 0,805—1м³ су буының массасы, кг; W —1 м³ газдағы су буының массасы, кг.

Ал жылудың мөлшерін тәжірибемен анықтағанда жанған отынның массасымен қатар тәжірибе кезінде қолданылған судың мөлшері мен температурасының қалай өзгергенін білу қажет. Сонда жанғандағы жылу мөлшерін былай анықтауға болады:

Q=A(T-t) | g (1+φ) (10)

мұндағы (Q — бөлінген жылудың мөлшері кКал/кг; А — судың массасы, кг; Т — тәжірибе соңындағы судың температурасы, °С; t — тәжірибенің басталардағы судың температурасы, °С; g — жанған отынның массасы, кг; <р—ауа және бөлінген газ температураларының өзгеруін ескеретін көрсеткіш, кКал. Бұл көрсеткіштің шамасы тәжірибе барысында мына формуламен анықталады.

Массалары бірдей әртүрлі отындар жаққаи кезде олардың физикалық және химиялык қасиеттеріне байланысты жылу әртүрлі мөлшерде бөлініп шығады. Сондықтан да отындарды бір-бірімен салыстыра бағалауды жеңілдету үшін шартты отын деген ұғымды колданады. Мұны енгізудегі мақсат бір отының орнына басқа отынды пайдаланған жағдайда, бөлінетін жылу мөлшерін анықтауға негізделген. Ал, оның өлшем бірлігі ретінде 1 кг немесе 1 м³ отынның толык жанғандагы бөлінетін 29307,6 кДж жылу мөлшері қабылданған. Кез келген отынды шартты отын шамасына аудару үшін, оның жанғанда бөлетін жылу мөл щерін шартты отьшның бөлетін жылу мөлшеріне бөлу қажет:

Мұнымен катар жылу өндіргіш қазан кұралдарда отынның қолданылатын түрлеріне байланысты техникалық эквивалентте пайдаланылады:

Мұндағы Р"5 — отынның жану жылулығы; 5_К — қолданылатын жылу өндіргіш қазанның орташа пайдалы әсер коэффициенті.

ОТЫННЫҢ ЖАНУЫ

Жылу мен жарық шығара жүретін тотығу реакцияларын жану — деп атайды.

Жану ауада оттегіне карағанда баяу жүреді, өйткені ауада азот оттегінен көп, сондыктан жанатын заттың бетімен оттегі молекулалары таза оттегінде жанған кездегідеи аз мөлшерде жанасады. Ауада жану кезінде температура көп көтерілмейді. Себебі бөлінген жылу жану өнімдерімен бірге азотты жылы-туға жумсалады.

Затты ауада жағу ушіи, оны белгілі бір температураға дейін кыздыру керек, ол осы заттың от алу температурасы деп аталады. Мысалы күкірт пен ағаштық от алу температурасы + 270°С-ге жуык, көмірдікі +350°С. Тұтанған затқа ауа келіп тұрса, ол әрі карай жана береді: өйткені жану кезінде бөлінген жылу заттың от алу температурасыиан жоғары.

Сонымен жану үшін затты от алу температурасына дейін кыздыру керек және де оттегі үздіксіз келіп тұруы кажет. Кейбір заттардың от алу температурасы 5-кестеде келтірілген.

Заттардың от алу температурасы

От алу температурасы, 'С

Ағаш

Тас көмір

Кокс

Дизсль жанармайы

Кө.міртегі оксиді

Метан

Сутегі
ОТЫННЫҢ ЖАНҒАНДАҒЫ ЖЫЛУ БӨЛУ ҚАСИЕТІ

Сұйық және құрғақ отындардың белгілі масса бірлігі толық.жанғандағы бөлінген жылу мөлшерін сипаттау үшін үлестік жылу бөлу көрсеткіші (кДж/кг) қолданылады.

Ал, газ тәріздес отындардың белгілі көлем бірлігі толық жанғандағы бөлінген жылу мөлшеріи көлемдік жылу белу көрссткішімен (кДж/м³). анықтайды. Сондай ак, газ тәріздес отындарды кейбір жағдайларда, бір моль газдың толық жанғандағы белінген жылу мөлшерімен де сипаттайды (кДж/моль).

Отынның толык жануын сипаттау үшін жануға ка тысатын ауаның теория (есептеу) жүзіндегі қажет| мөлшерімен катар, отынның толык жанғандағы ауаның нақтылы мөлшері мен жанатын өнімдердің құрамын бөлү қажет. Ал бұл заттардың мөлшері отынның элементтік құрамына байланысты есеп жүзінде анықталады.

1 кг сұйық немесе қатты отынды жағу үшін жұмсалатын оттегінің жалпы мөлшерін (кг) былайша анықтауға болады:

0_Т—2.67С+8Н + 5-0. (15)

23,2

ь;= 0,5(СО + Н₂) + (ті+ ^{П +} Т С,,Н_т-0₂ (I⁹)

21

Мұндағы п — көміртек атомдарының саны; т — сутек атомдарының саны; 21-оттегінің ауадағы көлемдік мөлшері, %. Ал формуладағы коэффициенттердің анықталуы 7-кестеде келтірілген.

7-кесте

Газ тзріздес отындардың жану кезіндегі оттегін сіңіруін көлемді бірлікте (м³) анықтау

Оттсгімен қосылатын химиялық заттардың аттары	Реакция теңдеуі		Реакцияға қатысатын заттардың көлемдік (мольдік) мөлшері	1 .көлемдік (мольдік) жағуға жұмсалатын оттегінің көлемі
Сутегі (Н2)	2Н2+02=	=2Н20	2-1	"2-=0,5 0,5 —— = 0,5
Көмістегі оксиді (СО)	СО+-2~02	= С02	1—0.5
Бутан (СзНе)	С3Н8+502=	=ЗС02+4Н20	1-5	3 + 4—5 4
			п=3 т=8

Нақтылы жағдайда есептеу жүзінде аныкталған аүаның мөлшерімен отынды толык жағу мүмкін емес, оның басты себебі отынның өзіндік касиеттеріне байланысты. Ал оның бірі ауамен толық араласпауында.

Бірінші түтікшеге көмір қышқыл газын (СОг) сіңіргіш калий ертіндісі (КОН) толтырылған, ал екінші түтікшеге пирогаллол (С₆Н₃(ОН)₃) сілтілік ертіндісі толтырылған. Ол оттегіні еріту үшін қажет. Отынның шала жануынан шығатын зат —көміртегінің канықпаған тотығын (СО) сіңіру ущін ушінші түтікшеге бір длорлы мыстың (СиСІ) аммиакты ертіндісі толтырылған.

Бул анализаторға түскен газдардың (СОг, Ог, СО) проценттік мөлшері түтікшелердегі көрсеткіш сызықшаларының көмегімен аныкталады. Осыдан соң азоттың жану өнімдеріндегі проценттік мөлшерін мына формуламен анықтайды:

а =

N2

Мұндағы 0₂, N2, СО оттегінің, азоттың, кеміртегі ок-^сЧДінің жанған өнімдегі проценттік мөлшері.

1