Теплоемкость угля древесного: разновидности, марки, характеристика каменного и древесного топлива, принцип изготовления

Содержание

разновидности, марки, характеристика каменного и древесного топлива, принцип изготовления

Каждая разновидность современного топлива, в том числе и уголь, отличается тем, что в процессе горения выделяет определённое количество тепловой энергии. Используемое сырье должно характеризоваться высоким уровнем КПД и полной безопасностью для здоровья человека и окружающей среды. Теплота сгорания угля является важным показателем, благодаря которому можно избежать множества ошибок в сфере производительности котла и качества его функционирования.

Теплота сгорания угля – важный показатель

Разновидности угля и их характеристики

Экономичность и эффективность эксплуатации твердотопливного котла напрямую зависит от вида используемого топлива. Кроме отходов из древесины, в качестве основного энергоносителя часто используется уголь разных видов. Именно поэтому те, кто использует его в качестве основного топлива, должны знать его удельную теплоту сгорания.

Прежде всего, уголь различают по происхождению. В его состав входят различные остатки древних растений и битумных масс, которые подверглись специфическим изменениям во время погружения под землю. Превращение всех этих веществ в эффективное топливо происходило при высоких температурах и в условиях нехватки кислорода. Специалисты отмечают, что к ископаемым видам топлива относятся каменные и бурые угли, а также антрацит.

В этом видео вы узнаете процесс горения бурого угля:

Природный каменный материал

Этот вид топлива возник гораздо раньше, нежели бурый уголь. Большие пласты материала расположены под землёй на глубине 3 километра. В его составе содержится до 97% чистого углерода, а вот количество летучих примесей находится в пределах 35%. Что касается влажности, то в каменном угле её не больше чем 15%. А это положительно влияет на теплоэффективность ископаемого.

В идеальных условиях удельная теплота сгорания каменного угля находится в пределах 2100°C. Но в обычной отопительной печи такой материал сжигается максимум при 1000°C.

Уровень теплоотдачи варьируется в пределах 7 тыс. ккал/кг. Стоит отметить, что этот вид топлива плохо поддаётся разжиганию, так как для этих целей нужно нагреть печь до 400°C.

Этот материал не подойдет для разжигания

Как показывает практика, именно каменный уголь чаще всего используется обычными гражданами для обогрева домов, дач и зданий иного назначения.

Универсальный бурый вид

Среди всех существующих ископаемых углей именно этот вид считается самым молодым. Своё название топливо получило благодаря специфическому бурому цвету. Среди основных его характеристик можно отметить то, что в нём содержится много летучих примесей и влаги — более 40%. Но несмотря на это, количество чистого углерода может достигать отметки 75%. Так как в буром угле содержится много влаги, у него низкая температура горения и небольшой процент теплоотдачи. Воспламеняться топливо начинает при 260 градусах, а вот температура горения может достигать 2000°C. Что касается теплоты сгорания, этот показатель составляет 3600 ккал/кг.

Конечно, как основной энергоноситель бурый уголь существенно уступает обычным дровам, из-за чего его редко используют для твердотопливных котлов и печей, которые расположены в частных домах.
В таком материале содержится много влаги

Но большой популярностью пользуется брикетированная форма этого ископаемого, которая прошла специальную подготовку на крупном производстве. В искусственных условиях производители снижают его влажность, благодаря чему существенно возрастает энергоэффективность. Стоит отметить, что теплоотдача брикетированного бурого угля составляет целых 5 тыс. ккал/кг.

Это одно из самых древних полезных ископаемых, в составе которого практически нет летучих примесей и влаги. А вот количество углерода превышает отметку 95%. Исследования показали, что удельная теплота сгорания угля находится в пределах от 8500 до 9 тыс. ккал/кг — это самый высокий показатель среди всех существующих углей. В идеальных условиях такое топливо сгорает при температуре 2250°C, а вот воспламеняется при 600°C. Стоит отметить, что этот показатель характерен для самых низкокалорийных видов. Чтобы разжечь антрацит, нужно использовать сухие дрова, так как необходимо создать определённый нагрев котла или же печи.

Этот ископаемый материал относится к промышленной категории топлива. Использовать его в обычном котле или печи очень дорого и невыгодно. Несмотря на то, что антрацит выгодно отличается от своих собратьев малодымностью и низкой зольностью.

К тому же такой материал дорогой

Изготовление и применение древесного топлива

Этот материал относится к отдельной категории, так как его не добывают, а изготавливают в специальных печах. Заранее подготовленную древесину мастера обжигают в больших камерах сгорания, что позволяет изменить структуру топлива и удалить из него всю лишнюю влагу. Основная технология изготовления эффективного теплоносителя известна ещё с далёких времён. В старину люди обжигали древесные заготовки в специальных глубоких ямах, перекрыв доступ кислороду. Современные технологии шагнули далеко вперёд, благодаря чему в распоряжение мастеров поступили многофункциональные углевыжигающие печи.

При условии, что готовые угли хранятся в подходящих условиях, уровень их влажности не превышает отметки 16%. Воспламенение топлива наблюдается при нагреве до 200˚С. Удельная теплота находиться на довольно высоком уровне — 7400 ккал/кг. Специалисты отмечают тот факт, что температура горения такого угля во многом зависит от условий сжигания и породы древесины. К примеру, топливо на берёзовой основе отлично подходит для разогрева специального кузнечного горна, а также для ковки металла.


Если воздух подаётся достаточно интенсивно, то гореть уголь будет при температуре 1250˚С. Что касается обычных печек и котлов, этот показатель будет находиться в пределах 900˚С. А вот в мангале древесный уголь отлично горит при температуре 700˚С.

Такой вид топлива отличается экономичностью, так как конечному потребителю понадобится гораздо меньше пережжённой древесины, нежели обычных дров.

Кроме высокой теплоотдачи, такой материал отличается низкой зольностью. Многочисленные положительные характеристики и доступная цена повлияли на то, что древесный уголь активно используется для жарки ароматного мяса на мангале, каминного отепления, а также для приготовления вкуснейших блюд в печах.

Особенности углевыжигательных печей

Те устройства, которые обогревают помещение за счёт угля, имеют свои функциональные и конструктивные отличия. Несмотря на высокую популярность древесного угля, далеко не все знают, что этот материал не относится к категории полезных ископаемых, а был придуман человеком. Температура горения этого топлива составляет 900°C, благодаря чему выделяется достаточное количество тепла.

Изготовление древесного угля основано на специфической обработке древесины, благодаря чему меняется её структура и уходит лишняя влага. Для реализации таких идей используются специальные печи, принцип действия которых основан на пиролизе.

Состоят такие агрегаты из четырёх основных элементов:

  1. Дымохода.
  2. Вместительной камеры сгорания.
  3. Специального отсека для вторичной переработки.
  4. Укреплённого основания.

Производственный процесс

Когда дрова загружены в специальную камеру, тогда начинается постепенное тление дров. Этот процесс происходит благодаря наличию в топке большого количества газообразного кислорода, который непрерывно поддерживает горение. Во время этой процедуры выделяется достаточное количество тепла, а вся избыточная жидкость превращается в пар.

Весь образуемый дым поступает в отсек для вторичной переработки, где он полностью сгорает и выделяет тепло. Столь универсальная углевыжигательная печь может выполнять несколько задач одновременно. Так, с её помощью изготавливается качественный древесный уголь, а в самом помещении поддерживается комфортная для человека температура.

Специалисты утверждают, что процесс изготовления такого топлива является очень деликатным, так как малейшая невнимательность может привести к полному сгоранию дров. Работник должен своевременно извлекать из печи уже обуглившиеся заготовки.

Правила сжигания

Когда потребитель знакомится с температурой горения того или иного угля, ему нужно учитывать, что производители указывают только те цифры, которые являются актуальными для идеальных условий. Конечно, в обычном бытовом котле или печи воссоздать необходимые параметры просто невозможно. Современные теплогенераторы из металла или кирпича просто не рассчитаны на столь высокие температуры, так как основной теплоноситель в системе может быстро закипеть. Именно поэтому параметры сгорания того или иного топлива определяются режимом его сжигания.

Иными словами, все зависит от интенсивности подачи воздуха. Как ископаемый, так и древесный уголь хорошо нагревает помещение, если уровень поступления кислорода достигает 100%. Чтобы ограничить воздушный поток, можно использовать специальную заслонку/задвижку. Такой подход позволяет создать наиболее благоприятные условия сгорания заправленного топлива (до 950˚С).


Если уголь используется в твердотопливном котле, тогда нельзя допустить вскипание теплоносителя. Основная опасность связана с тем, что предохранительный клапан может просто не сработать, а это чревато большим взрывом. К тому же смесь воды и горячего пара плохо воздействует на функциональные способности циркуляционного насоса. Специалистами были разработаны два наиболее эффективных способа, которые позволяют контролировать процесс горения:

  1. Дроблённое или порошковое топливо должно поступать в котёл исключительно в дозированном объёме (действует та же схема, что и в пиллетных устройствах).
  2. Основной энергоноситель загружается в топку, после чего регулируется интенсивность подачи воздуха.

Преимущества и недостатки

У ископаемого угля, который используется в качестве основного вида топлива, есть свои преимущества и недостатки. Каждый пункт обязательно должен быть рассмотрен теми потребителями, которые применяют этот материал для отопления своих домов и дач.

Среди положительных характеристик можно отметить следующие факты:

  1. При сгорании уголь выделяет много полезного тепла.
  2. Такое топливо может использоваться в современных котлах, которые работают по принципу «буржуйка», а также в универсальном оборудовании с системой водяного отопления.
  3. У потребителя всегда есть возможность выбрать наиболее подходящий материал — каменный, бурый или же древесный уголь.
  4. Такое топливо горит намного дольше, нежели обычные дрова. Как показывает практика, одной закладки вполне хватает на 12 часов активной эксплуатации котла.
  5. Доступная цена. Купить качественный уголь без лишних финансовых затрат можно в любом регионе России.
  6. Простота хранения. Добываемый каменный уголь практически не впитывает влагу, благодаря чему его можно хранить как под открытым небом, так и под небольшим навесом.
Негативные стороны природного угля не стоит оставлять без внимания, так как они тоже влияют на качество работы отопительной системы.


Основными недостатками считаются следующие показатели:

  1. Загрязнение окружающей среды и неприятный запах. Во время сжигания ископаемых материалов, в атмосферу выделяется большое количество СО2. Помимо этого, дымовые газы имеют весьма резкий и неприятный запах, что может приносить массу дискомфорта обычным гражданам.
  2. Отсутствие автоматизации. У мастера не будет возможности настроить работу котла на определённый временной промежуток, к тому же загружать уголь придётся вручную. Для обычного устройства необходимо минимум 3 заправки топливным материалом в день.
  3. Регулярная очистка внутренних поверхностей и удаление скопившейся золы. Убирать все остатки угля необходимо ежедневно, во время этой процедуры котёл должен быть остановлен.

Все эти недостатки не являются критическими, благодаря чему ископаемый и древесный уголь активно используется не только в частной отрасли, но и промышленной. Такая популярность возникла на фоне доступной цены и отменных тепловых характеристик.

Энергия топлива. Удельная теплота сгорания

783. Удельная теплота сгорания каменного угля равна 27 МДж/кг. Что это означает?
Это означает, что при полном сгорании каменного угля массой 1 кг выделяется 27 МДж.

784. Сколько тепла при сгорании дают 10 кг древесного угля?

785. Сколько выделится тепла при полном сгорании 10 кг сухих березовых дров?

786. Сколько тепла дают 20 кг торфа при полном сгорании?

787. Какое количество теплоты выделится при сгорании керосина массой 300 г?

788. Заряд пороха в патроне пулемета имеет массу 3,2 г. Теплота сгорания пороха 3,8 МДж/кг. Сколько выделяется тепла при каждом выстреле?

789. Сколько теплоты выделится при полном сгорании 4 л керосина?

790. Сколько теплоты выделится при полном сгорании нефти массой 3,5 т?

791. Какую массу угля надо сжечь, чтобы выделилось 40800 кДж тепла?

792. При полном сгорании нефти выделилось 132 кДж тепла. Какая масса нефти сгорела?

793. Какая масса древесного угля может заменить 60 т нефти?

794. Какая масса древесного угля при сгорании дает столько же энергии, сколько выделяется при сгорании четырех литров бензина?

795. Во сколько раз меньше тепла дают при полном сгорании сухие березовые дрова, чем бензин такой же массы?

796. Начальная температура двух литров воды 20 °С. До какой температуры можно было бы нагреть эту воду при сжигании 10 г спирта? (Считать, что теплота сгорания спирта целиком пошла на нагревание воды.)

797. Воду массой 0,3 кг нагрели на спиртовке от 20 °С до 80 °С и сожгли при этом 7 г спирта. Определите КПД спиртовки.

 

798. При нагревании 4 л воды на 55 °С в примусе сгорело 50 г керосина. Каков КПД примуса?

799. Сталь массой 2 кг нагревается на 1000 °С кузнечным горном. Каков КПД кузнечного горна, если для этого расходуется 0,6 кг кокса?

800. Сколько нужно сжечь керосина в керосинке, чтобы довести от 15 °С до кипения 3 кг воды, если КПД керосинки 30%?

801. КПД вагранки (шахтной печи) 60%. Сколько надо древесного угля, чтобы нагреть 10000 кг чугуна от 20 °С до 1100 °С?

802. Для сгорания в топке одного килограмма древесного угля требуется 30 кг воздуха. Воздух поступает в топку при температуре 20 °С и уходит в дымоход при температуре 400 °С. Какая часть энергии топлива уносится воздухом в трубу? (Теплоемкость воздуха принять равной 1000 Дж/кг • °С при постоянном давлении.)

Уголь, дрова, топливные брикеты: чем топить твёрдотопливный котёл

  

Поговорим о том, чем лучше, выгоднее топить твёрдотопливный котёл. Среди самых популярных вариантов — дрова, уголь и топливные брикеты, пеллеты. Сравним особенности использования всех трёх указанных видов топлива, расскажем о плюсах и минусах, основных характеристиках, подведём итоги.

 

 

Давайте сразу уточним, что иногда у владельцев твёрдотопливных котлов нет выбора. Например, есть дровяные котлы, а есть оборудование, предназначенное для использования именно пеллет, причём определённого размера. Дровяные котлы чаще всего могут работать также и на угле, но всё равно перед тем, как сделать выбор, данный момент нужно обязательно уточнять и учитывать.

Однако наиболее популярны универсальные твёрдотопливные котлы, которые могут успешно работать и на угле, и на дровах, и на топливных брикетах. Поэтому вопрос с выбором топлива сразу остро встаёт перед домовладельцем.

 

 

Давайте сначала сравним наиболее наглядный показатель — удельную теплоту сгорания:

 

Дрова

Уголь

Брикеты-пеллеты

Удельная теплота сгорания свежеспиленной древесины составляет 1940 ккал/кг или 2,2 кВт·ч

Удельная теплота сгорания антрацита составляет 6700 ккал/кг или 7,8 кВт·ч

Удельная теплота сгорания торфяных брикетов составляет 4200 ккал/кг или 4,9 кВт·ч

Удельная теплота сухой древесины составляет 3400 ккал/кг или 3,9 кВт·ч*

Удельная теплота сгорания каменного угля 6450 ккал/кг или 7,5 кВт·ч

Удельная теплота сгорания древесных брикетов составляет 4100 ккал/кг или 4,7 кВт·ч

 

Удельная теплота сгорания бурого угля 3100 ккал/кг или 3,6 кВт·ч

Удельная теплота сгорания брикетов из соломы составляет 3465 ккал/кг или 4 кВт·ч

 

 

Удельная теплота сгорания брикетов из лузги семян подсолнечника составляет 4320 ккал/кг или 5 кВт·ч

*по дровам взят средний показатель. Самая высокая удельная теплота сгорания будет у бука и дуба, наиболее низкая у ивы и тополя. Хвойные породы находятся примерно посередине.

 

 

Второй немаловажный фактор — сколько горит то или иное топливо:

·      Уголь — до 12 часов.

·      Топливные брикеты — порядка 7–8 часов.

·      Дрова — от 2 до 6 часов.

 

Вновь признаем, что взяли усреднённый показатель. Опять-таки, всё зависит от вида и качества топлива, например, плотные брикеты из древесной пыли будут гореть дольше соломенных или опилковых.

Кроме того, многое зависит от КПД и качества работы самого твёрдотопливного котла, поэтому узнавайте все его характеристики, делая выбор.

 

 

Кажется, что всё понятно. Самая низкая удельная теплота сгорания у дров. К тому же сгорят они быстрее всего. Поэтому оказываются наиболее невыгодным видом топлива. Да, недостатки у них есть:

·      Нужно сушить года два, чтобы они нормально горели в котле.

·      Самостоятельная заготовка дров — трудоёмкий процесс, нужно рубить, колоть, пилить.

·      При хранении требуют определённых условий, правильной дровницы, занимают немало места.

 

 

Так что, получается, дрова вычёркиваем? Не спешите! Во-первых, даже если вы решили использовать более калорийный уголь, который придётся подбрасывать в котёл один-два раза в сутки, вам всё равно нужны дрова для растопки. К тому же большой плюс дров — намного более доступная цена в сравнении с топливными брикетами, если, конечно, вы не делаете их своими руками. Про хранение дров на участке rmnt.ru уже писал.

Кроме того, уголь отличается более высокой зольностью, а его хранение, переноска и использование — это чёрная угольная пыль на руках, одежде, в помещении.

 

 

Ещё один важный момент при выборе топлива для котла — регион. В одних районах нашей страны лесов столько, что запастись дровами или купить их по дешёвке не проблема. В других рядом угольные шахты, где можно выписать топливо недорого и с бесплатной доставкой. В третьих регионах развито производство брикетов, например, из соломы или отходов древесины. Поэтому очень часто выбор топлива определяется именно его доступностью, а не прочими факторами.

 

http://www.rmnt.ru/ — сайт RMNT.ru

Уголь или древесные пеллеты?

Теперь разберем каждый пункт качественных характеристик:

теплота сгорания низшая (рабочая), ккал/кг-это количество тепла, выделяющееся при сгорании топлива, с учетом затрат тепла на испарение влаги, содержащейся в продукте.

Иногда путают высшую теплоту сгорания и низшую, указывают ту, которую хочется показать в расчетах, а разница между ними большая! Высшая теплота сгорания не учитывает затраты тепла на испарения влаги (т. е. как будто влаги в продукции нет). Например, при нашем случае высшая теплота сгорания

угля 5900 ккал/кг, а для древесных пеллет 4900 ккал/кг.

Если подвести итог сравнения по теплоте сгорания, можно сказать проще — для нагрева одного и того же количества теплоносителя в системе отопления необходимо будет сжечь угля меньше, чем древесных пеллет.

Зольность (средняя), % — это показатель, который в итоге указывает, как много останется не сгоревшего остатка и как часто придется заниматься отчисткой золоприемника. По этому показателю древесные пеллеты удобнее в использовании — сгорают практически полностью, поэтому «выгребать» золу придется гораздо реже.

Влага (средняя), % — характеризует содержание влаги в продукции, что в свою очередь влияет на теплоту сгорания топлива. Но так как мы сравнивали низшую теплоту сгорания, то содержание влаги уже учитывалось.

Выход летучих веществ, % — от величины этого показателя зависит, как быстро загорится топливо и, как долго оно будет гореть. Пеллеты загораются быстрее и быстро выделяют тепло, но при этом и сгорают так же быстро, поэтому конструкция котла должна предусматривать это свойство пеллет. Уголь разгорается медленнее, но при этом горит дольше и передача тепла идет стабильнее.

Возможность использования для сжигания в автоматических котельных —

Сегодня существует большое количество различных автоматизированных котлов, работающих на пеллетах, на угле, а так же универсальных — работающих как на угле, так и на пеллетах. Разницы в степени автоматизации подачи топлива и управления процессом горения, при использовании угля и пеллет, практически нет. Все зависит от используемого топлива (фракционный состав и качественные характеристики).

Оценка выбросов загрязняющих веществ при сжигании угля и древесных пеллет — по этому показателю можно оценить и сравнить «экологичность» каждого вида топлива.

Основные моменты — это выброс углекислого газа и диоксида серы (смешиваясь с влагой, образует кислоту). По данным показателям древесные пеллеты экологичнее угля и загрязнение атмосферы при их сжигании ниже. Хотя при использовании современного котельного оборудования степень загрязнения атмосферы при сжигании угля во многом снижаются (не зря в Европе автоматические угольные котлы используются достаточно широко).

Но необходимо обращать внимание на характеристики топлива — разновидностей угля, да и пеллет, достаточно большая, поэтому смотрите обязательно на качественные показатели топлива, которое вы приобретаете.

Теплотворная способность топлива в таблицах: дрова, уголь, пеллеты

К веществам органического происхождения относится топливо, которое при горении выделяет определенное количество тепловой энергии. Выработка тепла должна характеризоваться высоким КПД и отсутствием побочных явлений, в частности, веществ, вредных для здоровья человека и окружающей среды.

Если рассматривать топливо с позиции его агрегатного состояния, то структуру вещества по степени горючести можно разделить на две составляющие. К горючей части относятся такие химические элементы, как водород и углерод, представляющие в целом углеводородную смесь, а также сера. В составе негорючей составляющей присутствуют вода, минеральные соли и следующие элементы: кислород, азот и ряд металлов.

Полное сгорание 1 кг топлива, состоящего из вышеуказанных компонентов, способствует выделению различного количества тепловой энергии. Любое вещество оценивается по такому показателю, как теплота сгорания.

Под теплотой сгорания топлива (ТСТ), измеряемой в кДж/кг, подразумевается количество энергии, которое выделяется в результате полного сгорания 1 кг вещества. Этот показатель формируется по двум уровням. Высшая ТСТ образуется за счет процесса конденсации воды, имеющейся в продуктах горения. При определении низшей ТСТ предыдущую ее степень не учитывают.

Так, расчет теплоты в двигателях внутреннего сгорания обычно исходит от значения низшей. Это объясняется довольно просто: в цилиндрах невозможен процесс конденсации жидкости. Для установления ТСТ используется калориметрическая бомба, в которой сжатый кислород насыщен водяным паром. Навеска определенного вида топлива помещается в эту среду, затем анализируются результаты.

Для нефтяных веществ ТСТ высчитывается по следующим формулам:

QВ = 33913ω(С) + 102995 ω(Н) – 10885 ω(O – S),

QН = QВ – 2512 ω(Н2О),

где ω(C, H, O, S) – массовые доли элементов в топливе, %;

ω(Н2О) – количество водяных паров в продуктах сгорания одного кг материала, %.

Для каждого типа вещества, отличающегося химическим составом, характерна своя ТСТ. К самым ходовым разновидностям твердого топлива относят:

  • дрова и уголь;
  • пеллеты и брикеты.

Рассмотрим каждый тип по отдельности.

Дрова

Это пиленные либо колотые куски дерева, которые во время сжигания в печах, котлах и прочих устройствах вырабатывают тепловую энергию.

Для удобства загрузки в топку древесный материал разрезают на отдельные элементы длиной до 30 см. Чтобы повысить эффективность от их использования, дрова должны быть максимально сухими, а процесс горения – относительно медленным. По многим параметрам для отопления помещений подходят дрова из таких лиственных пород, как дуб и береза, лещина и ясень, боярышник. Из-за высокого содержания смолы, повышенной скорости горения и низкой теплотворности хвойные деревья в этом плане значительно уступают.

Следует понимать, что на величину показателя теплотворности влияет плотность древесины.

Дрова (естественная сушка)Теплотворная способность кВт⋅ч/кгТеплотворная способность мега Дж/кг
Грабовые4,215
Буковые4,215
Ясеневые4,215
Дубовые4,215
Березовые4,215
 Из лиственницы4,315,5
Сосновые4,315,5
Еловые4,315,5

Уголь

Это природный материал растительного происхождения, добываемый из осадочной породы.

В таком виде твердого топлива содержатся углерод и прочие химические элементы. Существует деление материала на типы в зависимости от его возраста. Самым молодым считается бурый уголь, за ним идет каменный, а старше всех остальных типов – антрацит. Возрастом горючего вещества определяется и его влажность, которая в большей степени присутствует в молодом материале.

В процессе горения угля происходит загрязнение окружающей среды, а на колосниках котла образуется шлак, создающий в определенной мере препятствие для нормального горения. Наличие серы в материале также является неблагоприятным для атмосферы фактором, поскольку в воздушном пространстве этот элемент преобразуется в серную кислоту.

Однако потребители не должны опасаться за свое здоровье. Производители этого материала, заботясь о частных клиентах, стремятся уменьшить содержание в нем серы. Теплота сгорания угля может отличаться даже в пределах одного типа. Разница зависит от характеристик подвида и содержания в нем минеральных веществ, а также географии добычи. В качестве твердого топлива встречается не только чистый уголь, но и низкообогащенный угольный шлак, прессованный в брикеты.

Вид угляУдельная теплота сгорания материала
кДж/кгккал/кг
Бурый14 7003 500
Каменный29 3007 000
Антрацит31 0007 400

Пеллеты

Пеллетами (топливными гранулами) называется твердое топливо, созданное промышленным путем из древесных и растительных отходов: стружки, коры, картона, соломы.

Измельченное до состояния трухи сырье высушивается и засыпается в гранулятор, откуда уже выходит в виде гранул определенной формы. Для добавления массе вязкости применяют растительный полимер – лигнин. Сложность производственного процесса и высокий спрос формируют стоимость пеллетов. Материал используется в специально обустроенных котлах.

Разновидности топлива определяются в зависимости от того, из какого материала они переработаны:

  • кругляка деревьев любых пород;
  • соломы;
  • торфа;
  • подсолнечной шелухи.

Среди преимуществ, которыми обладают топливные гранулы, стоит отметить следующие качества:

  • экологичность;
  • неспособность к деформации и устойчивость к грибку;
  • удобство хранения даже под открытым небом;
  • равномерность и длительность горения;
  • относительно невысокая стоимость;
  • возможность использования для различных отопительных устройств;
  • подходящий размер гранул для автоматической загрузки в специально обустроенный котел.
Вид топливаТепловая способность, ккал/кг
Пеллеты4500
Дрова2500
Уголь древесный7500
Каменный уголь7400
Мазут9800
ДТ10200
Природный газ8300

Брикеты

Брикетами называется твердое топливо, во многом сходное с пеллетами. Для их изготовления используются идентичные материалы: щепа, стружка, торф, шелуха и солома. Во время производственного процесса сырье измельчается и за счет сжатия формируется в брикеты. Этот материал также относится к экологически чистому топливу. Его удобно хранить даже на открытом воздухе. Плавное, равномерное и медленное горение этого топлива можно наблюдать как в каминах и печах, так и в отопительных котлах.

Рассмотренные выше разновидности экологичного твердого топлива являются хорошей альтернативой получения тепла. В сравнении с ископаемыми источниками тепловой энергии, неблаготворно воздействующими при горении на окружающую среду и являющимися, кроме того, не возобновляемыми, альтернативное топливо имеет явные преимущества и относительно невысокую стоимость, что немаловажно для потребителей некоторых категорий.

В то же время пожароопасность таких видов топлива значительно выше. Поэтому требуется предпринять некоторые меры безопасности относительно их хранения и использования огнестойких материалов для стен.

Жидкое и газообразное топливо

Что касается жидких и газообразных горючих веществ, то ситуация здесь следующая:

Топливоq
МДж/кгккал/кг
Жидкое
Бензин44-4710500-11200
Дизельное автотракторное42,710 200
Керосин44-4610 500-11 000
Нефть43,5-4610 400-11000
Спирт27,06450
Топливо для РЖД (керосин+жидкий кислород)9,22200
Топливо для реактивных двигателей самолетов (ТС-1)42,910 250
Газообразное
Ацетилен48,111 500
Водород12028 600
Газ природный41-499800-11700
Метан50,011950
Окись углерода (II)10,12420

Похожие статьи:

Контрольная работа «Тепловые явления».

Контрольная работа «Тепловые явления». Вариант — 1

1.Какое количество теплоты надо затратить для нагревания воды массой 20кг от 25ºC до 80ºC? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·ºC).

2.Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагревания железного утюга массой 1кг для изменения его температуры на 150ºC. Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг ·ºC)

3.Какую массу бензина надо сжечь, чтобы получить 2,3·10³ Дж энергии? Удельная теплота сгорания бензина 4,6·10  Дж/кг.

 

 

Контрольная работа «Тепловые явления». Вариант — 2

1.Какое количество теплоты необходимо для нагревания от 10ºC до 110ºC цинковой детали массой 5 кг? Удельная теплоемкость цинка 400 Дж/(кг·ºC ).

2.Какое количество теплоты выделится при сгорании 1т антрацита? Удельная теплота сгорания антрацита 1,4·10 Дж/кг.

3.При полном сгорании древесного угля выделилось 68 МДж энергии. Какая масса дров сгорела? Удельная теплота сгорания топлива 3,4·10  Дж/кг.

 

 

Контрольная работа «Тепловые явления». Вариант — 1

1. Какое количество теплоты надо затратить для нагревания воды массой 20кг от 25ºC до 80ºC? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·ºC).

2.Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагревания железного утюга массой 1кг для изменения его температуры на 150ºC. Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг ·ºC)

3.Какую массу бензина надо сжечь, чтобы получить 2,3·10³ Дж  энергии? Удельная теплота сгорания бензина 4,6·10  Дж/кг.

 

 

Контрольная работа «Тепловые явления». Вариант — 2

1.Какое количество теплоты необходимо для нагревания от 10ºC до 110ºC цинковой детали массой 5 кг? Удельная теплоемкость цинка 400 Дж/(кг·ºC ).

2.Какое количество теплоты выделится при сгорании 1т антрацита? Удельная теплота сгорания антрацита 1,4·10 Дж/кг.

3.При полном сгорании древесного угля выделилось 68 МДж энергии. Какая масса дров сгорела? Удельная теплота сгорания топлива 3,4·10  Дж/кг.

 


Контрольная работа «Тепловые явления». Вариант — 1

1.                   Какое количество теплоты надо затратить для нагревания воды массой 20кг от 25ºC до 80ºC? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·ºC).

2.                   Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагревания железного утюга массой 1кг для изменения его температуры на 150ºC. Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг ·ºC)

3.                   Какую массу бензина надо сжечь, чтобы получить 2,3·10³ Дж энергии? Удельная теплота сгорания бензина 4,6·10  Дж/кг.

 

 

Контрольная работа «Тепловые явления». Вариант — 2

1.Какое количество теплоты необходимо для нагревания от 10ºC до 110ºC цинковой детали массой 5 кг? Удельная теплоемкость цинка 400 Дж/(кг·ºC ).

2.Какое количество теплоты выделится при сгорании 1т антрацита? Удельная теплота сгорания антрацита 1,4·10 Дж/кг.

3.При полном сгорании древесного угля выделилось 68 МДж энергии. Какая масса дров сгорела? Удельная теплота сгорания топлива 3,4·10  Дж/кг.

 

 

Контрольная работа «Тепловые явления». Вариант — 1

1.Какое количество теплоты надо затратить для нагревания воды массой 20кг от 25ºC до 80ºC? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·ºC).

2.Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагревания железного утюга массой 1кг для изменения его температуры на 150ºC. Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг ·ºC)

3.Какую массу бензина надо сжечь, чтобы получить 2,3·10³ Дж  энергии? Удельная теплота сгорания бензина 4,6·10  Дж/кг.

 

 

Контрольная работа «Тепловые явления». Вариант — 2

1.Какое количество теплоты необходимо для нагревания от 10ºC до 110ºC цинковой детали массой 5 кг? Удельная теплоемкость цинка 400 Дж/(кг·ºC ).

2.Какое количество теплоты выделится при сгорании 1т антрацита? Удельная теплота сгорания антрацита 1,4·10 Дж/кг.

3.При полном сгорании древесного угля выделилось 68 МДж энергии. Какая масса дров сгорела? Удельная теплота сгорания топлива 3,4·10  Дж/кг.


 

Активные угли

Активные угли – пористые промышленные адсорбенты, состоящие в основном из углерода (66). Их получают из различных видов органического сырья: твердого топлива различной степени метаморфизма (торфа, бурого и каменного угля, антрацита), дерева и продуктов его переработки ( древесного угля, опилок, отходов бумажного производства), отходов кожевенной промышленности, материалов животного происхождения, например костей. Угли, отличающиеся высокой механической прочностью, производят из скорлупы кокосовых и других орехов, а также их косточек плодов.

Активные угли как промышленные сорбенты имеют ряд особенностей, определяемых характером их поверхности и пористой структуры (68).Поверхность кристаллитов углерода электронейтральна, и адсорбция на углях в основном определяется дисперсионными силами взаимодействия.

Как правило, структура угля представлена гаммой пор всех размеров, причем адсорбционная емкость и скорость адсорбции компонентов промышленных газов определяется содержанием микропор в единице массы или объема гранул.

Улучшение равновесной и кинетической характеристик у наиболее микропористых углей приводит к повышению эффективности работы углеродных адсорбентов в промышленных условиях. При выборе типа адсорбента для промышленных установок следует учитывать два отличительных свойства активных углей: гидрофобность и горючесть.

Адсорбция воды на углях протекает по необычному механизму. Изотермы адсорбции воды на активных углях имеют S-образную форму (рис. 3,2). Дисперсионные силы взаимодействия молекул воды с углеродной поверхностью очень малы. Начальные участки изотерм воды определяются ее адсорбцией на хемосорбированных поверхностью углей прочных кислородсодержащих радикалах. Эти радикалы получили название «поверхностных оксидов».

Поверхностные оксиды и адсорбированные на них молекулы воды являются адсорбционными центрами, к которым за счет водородных связей происходит присоединение других молекул воды (69). Число адсорбционных центров по мере повышения давления возрастает, образуются и непрерывно увеличиваются ассоциаты молекул воды, в результате чего адсорбционная способность резко увеличивается. В конечном итоге весь адсорбционный объем микроспор заполняется водой. Объем поглощенной углем воды при высоком относительном давлении (p/ps= 0,9) близок к предельному адсорбционному объему микроспор (в рассмотренном случае 0,57 см3 на 1г). Следовательно, адсорбционная способность угля по парам воды тесно связана с его микропористостью. Этот вывод подтвержден.

Рис.1 Изотерма адсорбции паров воды на активном угле.

Насыщение угля влагой – процесс чрезвычайно медленный: равновесие устанавливается в течение нескольких месяцев. Вследствие этого во многих реальных технологических процессах влажность среды практически не оказывает влияния на эффективность извлечения примесей из газовой или жидкой сред. Активный уголь – единственный гидрофобный тип промышленных адсорбентов, и это качество предопределило его широкое использование для рекуперации паров, очистки влажных газов и сточных вод.

Однако из низких концентрациях адсорбтива, в частности при извлечении из газового потока микропримесей, когда продолжительность стадии очистки велика, влажность среды в заметной степени снижает адсорбционную емкость угля по извлекаемому компоненту. К такому случаю относится поглощение сероуглерода из вентиляционных выбросов вискозного производства.

Следовательно, при удалении микропримесей температурный режим крайне продолжительной стадии очистки должен выбираться с учетом влажности исходного воздуха производственных помещений.

Искусственное понижение относительной влажности воздуха ( т.е. уменьшение совместной адсорбции водяного пара), когда это необходимо, является действенным средством повышения адсорбционной способности активных углей при их применении для извлечения компонентов из влажных газов.

Отрицательной особенностью активного угля как промышленного адсорбента является его горючесть. На воздухе окисление углей начинается при температуре выше 250°С. Однако известны случаи пожаров на углеадсорбционных установках при более низких температурах. Очевидно, это связано с образованием пирофорных соединений железа типа FeS и Fe2S3 в результате сероводородных коррозий аппаратуры. Загорание пирофорных соединений железа происходит при относительно низких температурах, и в слое они являются очагами воспламенения всей массы угля. Чтобы уменьшить пожароопасность к активному углю при его получении иногда добавляют до 5% силикагеля. Такой адсорбент называют силикарбоном.

Практически все промышленные активные угли в том или ином количестве содержат зольные примеси. Зола и ее ингредиенты (минеральные примеси)являются кристаллизаторами многих нежелательных реакций, которые могут протекать в адсорбенте.

При повышенных температурах, характерных для стадии десорбции (например, 250°С), на зольных углях интенсивно протекает разложение нескольких нестойких адсорбатов. Так, значительная часть этилового спирта при 250°С превращается в ацетальдегид и диоксид углерода.

Получение активных углей

При производстве активного угля вначале исходный материал подвергают термической обработке без доступа воздуха, в результате которой из него удаляются летучие (влага и частично смолы). Структура образовавшегося угля – сырца — крупнопористая, он не содержит микроспор и не может быть непосредственно использован как промышленный адсорбент. Задача получения ажурной микропористой структуры решается в процессе активации, которую проводят двумя основными методами: окисления газом либо паром или обработкой химическими реагентами.

Типы активных углей

По размеру и форме частиц активные угли подразделяются на гранулированные и порошкообразные. Гранулированные угли изготовляются обычно в форме цилиндриков диаметром 2 — 5 мм, причем высота цилиндрика всегда больше диаметра. Гранулированные угли применяют главным образом на установках со стационарным слоем адсорбента при очистке и разделении технологических потоков в газовой фазе. Чтобы увеличить интенсивность масообмена, гранулированный уголь иногда дробят и после рассева получают узкие фракции, например: 0,15 — -,25; 0,25 — 0,55; 0,55 — 1,65; 1,65 — 2,35 и 2,35 — 4,70 мм. Дробленые углы применяют во всех вариантах адсорбционных процессов: при проведении процессов: как в газовой, так и в жидкой фазе, со стационарным, движущимся или псевдоожиженным слоем адсорбента.

Порошкообразные угли состоят из частиц величиной менее 0,15 мм. Их используют исключительно для очистки веществ в жидкой фазе. Некоторые усредненные физические свойства углей представлены ниже:

Плотность, г/см3

кажущаяся насыпная гранул

истинная

0,6 – 0,9

1,9 – 2,2

Теплоемкость сухого угля, кДж/(кг×К)

0,84

Теплопроводность (при 30°С), Вт/(м×К)

0,17 – 0,28

 В зависимости от назначения угли подразделяются на газовые, рекуперационные и осветвляющие. Каждый тип отличается характерной структурой пор.

Перспективным направлением их использования полагают очистку влажных газов.

Активные угли характеризуются гидрофобностью (плохой сорбируемостью полярных веществ, к которым принадлежит и вода). Это свойство определяет широкое их использование в практике рекуперационной и санитарной очистки отходящих газов разнообразной влажности.

Для адсорбции газов и паров используют микропористые гранулированные активные угли. С этой целью промышленность выпускает в настоящее время следующие марки газовых и рекуперационных активных углей: АГ-2, СКТ, АР, СКТ-3, АРТ, БАУ(БАУ-А; БАУ-К; БАУ-МФ).Угли АГ-2 (марок А и Б) и АР (марок АР-А, АР-Б, АР-В) получают из каменноугольной пыли и смолы методом парогазовой активации. Уголь СКТ синтезируют из торфа, а угли СКТ-3 и АРТ (марок АРТ-1 и АРТ-2)- из торфа и каменноугольной пыли методом химической активации, уголь БАУ получают из древесного угля марки А, обработкой его водяным паром при температуре более 8000С. Угли АГ-2 предназначены для адсорбции газов, уголь СКТ — для улавливания паров органических веществ, угли АР, СКТ-3 и АРТ- для очистки газов от паров летучих растворителей, Уголь БАУ- для очистки жидких сред от широкого спектра примесей. Активные угли для газоочистки характеризуются объемом микропор в пределах 0,24— 0,48 см3 /г при суммарном объеме пор 0,52 — 1,00 см3 /г, гравиметрическая плотность их гранул составляет 0,3 — 0,6 г/см3. Теплоемкость сухого угля — 0,84 кДж/(кг*К), теплопроводность при 30°С— 0,17— 0,28 Вт/(м*

Характеристика и области применения активных углей

Марка

адсорбента

Размер

гранул, мм

Насыпная

плотность, кг/м³

Время защитного

действия, мин

Предельный адсорбционный

объем микропор,

см³/г

Область

применения

БАУ

1-5

350

-

0,26

Адсорбция газов и паров

СКТ

1-3,5

380-500

70

0,45-0,59

То же

АГ-3

1,5-2,7

450

38

0,3

То же

АГ-5

1-1,5

450

45

0,3

То же

САУ

1-5

450

-

0,36

То же

КАУ

1-5

400

-

0,33

То же

АР-3

1-5,5

550

-

0,33

Для рекуперации

АРТ

1-6

550-600

-

0,33

То же

СКТ-3

1-3,5

420-450

-

0,46

То же








Литература.

1. Кельцев Н.В. « Основы адсорбционной техники» 2 изд., М., 1984г.

2. Страус В. « Промышленная очистка газов», М., «Химия», 1981г.



[1] В активных углях представлены две разновидности микропор: щелевидные микропоры в кристаллах углерода и межкристаллитные микропоры, которые в первом приближении имеют цилиндрическую форму. Характерный раз

[2] В конце 60-х годов в Японии, а затем других странах мира был освоен синтез и налажен промышленный выпуск нового класса углеродных сорбентов — молекулярно-ситовых активных углей. Их отличительной особенностью является высокая однородность микропористой структуры, определяющие размеры которой имеют тот же порядок, что и размеры, что и размеры молекул. В промышленно масштабе выпускают угли с определяющим размером 0,4 и 0,5 нм, которые используют в разнообразных процессах разделения и очистки сред. Имеются также сообщения о синтезе углей с размером микроспор до 0,7 нм.

 

Углерод — Энциклопедия Нового Света

Общие
Название, символ, номер углерод, С, 6
Химическая серия неметаллы
Группа, период, блок 14, 2, стр
Внешний вид черный (графит)
бесцветный (алмаз)
Атомная масса 12,0107(8) г/моль
Электронная конфигурация 1s 2 2s 2 2p 2
Электронов на оболочку 2, 4
Физические свойства
Фаза твердый
Плотность (у р.т.) (графит) 2,267 г/см³
Плотность (при комнатной температуре) (алмаз) 3,513 г/см³
Температура плавления ? тройная точка, ок. 10 МПа
и (4300–4700) K
(? °C, ? °F)
Температура кипения субл. ? ок. 4000 K
(? °C, ? °F)
Теплота плавления (графит) ? 100 кДж/моль
Теплота плавления (ромб) ? 120 кДж/моль
Теплота парообразования ? 355.8 кДж/моль
Теплоемкость (25 °C) (графит)
8,517 Дж/(моль·К)
Теплоемкость (25 °C) (алмаз)
6,115 Дж/(моль·К)
Давление паров (графит)
P /Па 1 10 100 1 к 10 тыс. 100 тыс.
в Т   2839 3048 3289 3572 3908
Атомные свойства
Кристаллическая структура шестигранник
Степени окисления 4 , 2
(слабокислотный оксид)
Электроотрицательность 2.55 (шкала Полинга)
Энергия ионизации
(подробнее)
1-й: 1086,5 кДж/моль
2-й: 2352,6 кДж/моль
3-й: 4620,5 кДж/моль
Атомный радиус 70 вечера
Атомный радиус (расч.) 67 вечера
Ковалентный радиус 77 вечера
Радиус Ван-дер-Ваальса 170 часов
Разное
Магнитное упорядочение диамагнитный
Теплопроводность (300 К) (графит)
(119–165) Вт/(м·К)
Теплопроводность (300 К) (алмаз)
(900–2320) Вт/(м·К)
Температуропроводность (300 K) (алмаз)
(503–1300) мм²/с
Твердость по шкале Мооса (графит) 0.5
Твердость по шкале Мооса (ромб) 10,0
Регистрационный номер CAS 7440-44-0
Известные изотопы

Углерод (химический символ C ; атомный номер 6) — замечательный химический элемент, играющий жизненно важную роль в структурах и процессах живого и неживого мира. Без него наше физическое существование и существование других организмов было бы невозможно.Его различные формы включают графит, одно из самых мягких веществ, и алмаз, самый твердый природный материал. Известно, что углерод входит в состав огромного количества соединений, в том числе тех, которые встречаются на Солнце, в звездах и атмосферах планет. Мы используем соединения углерода в качестве топлива и синтезируем широкий спектр материалов, таких как пластмассы, краски, текстиль и фармацевтические препараты. В настоящее время исследователи изучают использование новых форм углерода, известных как фуллерены, что ведет к развитию области нанотехнологий.

Неосторожная утилизация красок, пластика и других углеродосодержащих материалов загрязнила окружающую среду, а злоупотребление лекарствами причинило ненужные страдания и боль. Такая практика является симптомом неадекватного понимания ценностей и принципов мира природы. В то время как в настоящее время предпринимаются усилия по очистке окружающей среды и борьбе со злоупотреблением наркотиками, человечеству также необходимо восстановить чувство ценностей, чтобы предотвратить повторение этих проблем.

Возникновение

Углерод — распространенный неметалл, известный с доисторических времен.Ранние народы производили его в виде древесного угля путем сжигания органических материалов (таких как древесина) в условиях недостатка кислорода.

Название углерода происходит от французского слова charbone, , которое, в свою очередь, происходит от латинского carbo, означает древесный уголь. На немецком и голландском языках углерод называется Kohlenstoff и koolstof, соответственно, оба из которых буквально означают «угольное вещество».

Чистый углерод может встречаться в различных формах, известных как аллотропы , таких как графит и алмаз.Кроме того, углерод может связываться с самим собой и различными другими элементами, образуя соединения.

На Земле углерод и его соединения широко рассеяны в воздухе, воде и земле. Они также присутствуют на Солнце и в звездах, и считается, что атомы углерода впервые образовались в результате ядерных реакций, в частности, при столкновении трех альфа-частиц (ядер гелия) внутри звезд. Более того, углерод содержится в кометах и ​​в атмосферах большинства планет Солнечной системы. Некоторые метеориты содержат микроскопические алмазы, которые могли быть созданы, когда Солнечная система находилась в стадии формирования.

В Соединенных Штатах графит находится в больших количествах в Нью-Йорке и Техасе. Его также много в России, Мексике, Гренландии и Индии.

Природные алмазы встречаются в минеральном кимберлите, обнаруженном в древних вулканических некках или трубках. Большинство месторождений алмазов находится в Африке, особенно в Южной Африке, Намибии, Ботсване, Республике Конго и Сьерра-Леоне. Другие месторождения были обнаружены в Арканзасе, Канаде, российской Арктике, Бразилии, Северной и Западной Австралии.

Дополнительные аллотропные формы углерода, классифицируемые как фуллерены, были обнаружены как побочные продукты экспериментов с молекулярными пучками в 1980-х годах.

Примечательные характеристики

Химический символ углерода C , а его атомный номер (количество протонов в ядре каждого атома) равен 6. Каждый атом углерода способен образовывать прочные химические связи, называемые ковалентными связями, с до четыре других атома. Следовательно, углерод считается четырехвалентным в раз.

Углерод имеет самую высокую температуру плавления/сублимации среди всех элементов. При нагревании при атмосферном давлении углерод не плавится, а возгоняется (испаряется в твердом состоянии) выше 4000 К. Таким образом, углерод остается твердым при более высоких температурах, чем металлы с наиболее высокими температурами плавления, включая вольфрам и рений.

Уголь с исключительно большой площадью поверхности известен как активированный уголь или активированный уголь. Производится путем обработки древесного угля (или других материалов, богатых углеродом) некоторыми кислотами или газами при высокой температуре.Он может адсорбировать (поглощать на своей поверхности) различные материалы и поэтому полезен для удаления загрязняющих веществ из воды и воздуха.

Изотопы

Углерод имеет два стабильных природных изотопа: углерод-12 ( 12 C) и углерод-13 ( 13 C) в относительном содержании примерно 98,9% и 1,1% соответственно. В 1961 году Международный союз теоретической и прикладной химии принял изотоп углерода-12 в качестве основы для атомных весов.

Один природный радиоизотоп, углерод-14 ( 14 C), имеет период полураспада около 5730 лет.Двенадцать других радиоизотопов были получены искусственно. Из них самым короткоживущим является 8 C, период полураспада которого составляет около 1,987×10 -21 секунд.

Аллотропы

Основная фазовая диаграмма углерода, показывающая состояние вещества при различных температурах и давлениях. Заштрихованные области указывают на условия, при которых одна фаза является метастабильной, так что две фазы могут сосуществовать. Углерод

может существовать в различных структурных состояниях, известных как аллотропы . Двумя хорошо известными аллотропами являются графит, одно из самых мягких веществ, и алмаз, самый твердый природный минерал.

Графит имеет кристаллическую структуру, в которой атомы углерода расположены слоями плоских листов. Каждый лист состоит из сети гексагональных (шестичленных) колец, в которых каждый атом углерода связан с тремя другими атомами. Хотя каждый лист исключительно стабилен, он слабо взаимодействует с соседними листами, так что они могут легко скользить друг относительно друга.

Алмаз, образующийся в Земле при очень высоком давлении, имеет другую кристаллическую структуру. Каждый атом углерода связан с четырьмя другими, которые вместе образуют тетраэдрическую форму, окружающую центральный углерод. Общая структура представляет собой трехмерную сеть сморщенных шестичленных колец атомов углерода. Таким образом, каждый кристалл алмаза, независимо от размера, можно рассматривать как единую молекулу атомов углерода. При комнатной температуре кристалл алмаза претерпевает чрезвычайно медленный переход в графит.

Алмаз и графит имеют некоторые диаметрально противоположные свойства. Алмаз прозрачен и тверд; он действует как отличный электрический изолятор и может использоваться в качестве абразива. Напротив, графит непрозрачен и мягок. Он проводит электричество и является хорошей смазкой. Алмаз кристаллизуется в кубической системе, а графит кристаллизуется в гексагональной системе.

Углерод, у которого отсутствует общая кристаллическая структура, известен как аморфный углерод. Хотя можно получить полностью аморфный (некристаллический) углерод, материал, описываемый как аморфный, обычно включает небольшие кристаллы графита или алмаза.Аморфный углерод является основным компонентом древесного угля, сажи (ламповой сажи или технического углерода) и активированного угля.

Кроме того, было синтезировано или открыто несколько экзотических аллотропов, в том числе фуллерены, углеродные нанотрубки, лонсдейлит, углеродная нанопена и агрегированные алмазные наностержни. Атомы углерода в этих аллотропах имеют различное структурное расположение.

Фуллерен С 540 . Решетка из пяти- и шестичленных колец атомов углерода, образующих в целом сферическую форму.

Фуллерен состоит из слоя атомов углерода, соединенных вместе в гексагональные и пятиугольные кольца, которые принимают общую форму полой сферы или эллипсоида. Сферический фуллерен также называют бакиболом . Самым известным бакиболом является бакминстерфуллерен (содержащий 60 атомов углерода на сферу), названный в честь Ричарда Бакминстера Фуллера, архитектора, разработавшего геодезический купол.

Углеродная нанотрубка также состоит из слоя атомов углерода, связанных в гексагональные и пятиугольные кольца, но в целом имеет форму полого цилиндра.Иногда его называют buckytube , он классифицируется как часть фуллеренового семейства углеродных соединений.

Считается, что Лонсдейлит образуется, когда метеоритный графит падает на Землю. Теплота и напряжение удара превращают графит в структуру, подобную алмазу, но гексагональная кристаллическая решетка графита сохраняется. Лонсдейлит , также известный как гексагональный алмаз , прозрачен и имеет коричневато-желтый цвет.

Углеродная нанопена была неожиданно получена учеными в Австралии в 1997 году*.Он состоит из кластеров атомов углерода низкой плотности, связанных в шести- и семичленные кольца. Удивительно, но материал притягивается к магнитам и может намагничиваться при температуре ниже -183°C.

Агрегированные алмазные наностержни (ADNR) плотнее и тверже, чем алмаз, и, по-видимому, представляют собой наименее сжимаемый материал, известный человечеству. Они были изготовлены в 2005 году* немецкими физиками, которые сжали молекулы углерода-60 под давлением 20 ГПа при нагреве материала до 2500 К.

Соединения углерода

90–300 Каждый атом углерода может образовывать ковалентные связи с другими атомами углерода и различными другими элементами — чаще всего с водородом, кислородом, азотом и хлором. При этом углерод образует стабильные соединения, состоящие из линейных и разветвленных цепей и кольцеобразных молекул.

Ученым известно почти 10 миллионов соединений углерода, и регулярно синтезируются новые соединения. Соединения углерода составляют подавляющее большинство всех известных химических соединений.Большинство соединений углерода классифицируются как 90 139 органических соединений, 90 140 из которых составляют основу области органической химии.

В сочетании только с водородом углерод образует различные углеводороды, включая метан, пропан, бутан, бензол и нафталин. Природными источниками углеводородов являются уголь, нефть и природный газ.

Когда углерод связан только с кислородом, он образует двуокись углерода (CO 2 ), окись углерода (CO) и необычный субоксид углерода C 3 O 2 .Углекислый газ в земной атмосфере необходим растениям для осуществления фотосинтеза, и, будучи парниковым газом, он помогает удерживать солнечное тепло и сохранять нашу планету достаточно теплой для поддержания жизни. Угарный газ представляет собой бесцветный газ без запаха и очень ядовитый, образующийся при неполном сгорании.

При соединении с кислородом и водородом углерод образует различные типы соединений, включая соединения, классифицируемые как спирты, сложные эфиры, альдегиды, кетоны и карбоновые кислоты.

Тысячи соединений углерода, включая углеводы, жиры, белки и нуклеиновые кислоты, производятся и используются живыми системами.Другие соединения, особенно карбонаты металлов, таких как кальций, магний и железо, являются основными компонентами горных пород, включая известняк, доломит и мрамор.

В исключительных случаях углерод принимает форму аниона. С химически активными металлами, такими как вольфрам, углерод образует карбиды (C ) или ацетилиды (C 2 2-) с образованием материалов с очень высокими температурами плавления. С другой стороны, некоторые карбиды, такие как карборунд (SiC), представляют собой решетки, удерживаемые вместе ковалентными связями.

Приложения

Изысканно ограненные бриллианты готовы к использованию в ювелирных изделиях.

Углерод и его соединения играют важную роль как в естественных, так и в искусственных системах. Структуры и функции всех известных живых организмов жизненно зависят от соединений углерода. Некоторые виды использования человеком углерода и его соединений перечислены ниже.

  • Алмазы, будучи редкими и привлекательными, уже давно используются в ювелирных изделиях. Учитывая их чрезвычайную твердость, они также полезны для сверл и других промышленных применений.
  • Графит в сочетании с глиной образует «грифель», используемый в карандашах.
  • В пористой спекшейся форме, известной как древесный уголь, углерод используется для приготовления пищи и художественных работ.
  • Углерод добавляется в железо для получения стали.
  • Углерод используется в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах.
  • Активированный уголь используется для удаления загрязняющих веществ из воздушных и водных потоков как в природе, так и в промышленных процессах. Он также используется в медицине для поглощения токсинов или ядов из пищеварительной системы.
  • Изотоп углерод-14 широко используется для радиоактивного датирования углеродсодержащих материалов.
  • Фуллерены и углеродные нанотрубки имеют много потенциальных применений в зарождающейся области нанотехнологий. Однако наночастицы могут быть токсичными.
  • Природный газ и нефть (или сырая нефть), состоящие в основном из углеводородов, являются важными источниками топлива.
  • Различные материалы, полученные из нефти, используются при синтезе новых веществ, таких как пластмассы.

Меры предосторожности

Углерод

и его соединения обычно являются безопасными материалами, но есть некоторые исключения.Например, вдыхание мелкодисперсной сажи в больших количествах может быть опасным. Кроме того, уголь может загореться при очень высоких температурах и сильно гореть. Некоторые соединения углерода, такие как окись углерода и цианиды (CN ), смертельно ядовиты.

Углеродный цикл

Схема круговорота углерода. Черные цифры показывают, сколько углерода хранится в различных резервуарах, в миллиардах тонн («GtC» означает GigaTons of Carbon). Синие цифры показывают, сколько углерода перемещается между резервуарами каждый год.

Пути, по которым следует углерод в окружающей среде, в совокупности называются углеродным циклом . Обычно под ним понимают процессы обмена углеродом с участием четырех резервуаров: атмосферы Земли, земной биосферы (включая пресноводные системы), океанов и отложений (включая ископаемое топливо). Обмен углеродом между резервуарами является результатом различных химических, физических, геологических и биологических процессов.

глобальный углеродный баланс представляет собой баланс обменов (приходов и потерь) углерода между резервуарами углерода или внутри одного конкретного цикла углеродного цикла.Углеродный баланс водохранилища может предоставить информацию, например, о том, функционирует ли водохранилище как источник или поглотитель углекислого газа.

Углеродный обмен небиологическими процессами

Несколько небиологических процессов участвуют в обмене углеродом между резервуарами. Некоторые из этих процессов заключаются в следующем.

  • Месторождения известняка и мрамора состоят в основном из карбоната кальция. Поскольку эти породы размываются водой (особенно кислой водой), карбонат кальция расщепляется с образованием, среди прочего, двуокиси углерода и угольной кислоты.
  • При нагревании известняка для производства цемента и извести (оксида кальция) выделяется значительное количество углекислого газа.
  • На поверхности океанов у полюсов вода становится холоднее и растворяет углекислый газ из воздуха.
  • На поверхности океанов, в районах, где вода становится теплее, растворенный углекислый газ выбрасывается обратно в атмосферу.
  • При извержении вулканов в атмосферу выбрасываются различные газы, в том числе водяной пар, двуокись углерода и двуокись серы.
  • При сжигании ископаемого топлива, такого как уголь, нефтепродукты и природный газ, в воздух выбрасываются углекислый газ и частицы углерода.

Углеродный обмен с участием биологических процессов

Живые организмы играют важную роль в углеродном цикле, как указано ниже.

  • Некоторые организмы, называемые автотрофами, производят органические соединения, используя углекислый газ из воздуха или воды в присутствии внешнего источника энергии. Чаще всего источником энергии является солнечное излучение, а сам процесс называется фотосинтезом; но небольшое количество автотрофов использует химические источники энергии, и этот процесс называется хемосинтезом.Основными автотрофами, участвующими в круговороте углерода, являются деревья на суше и фитопланктон в океанах.
  • Многие организмы, называемые гетеротрофами, питаются другими организмами или их частями (например, плодами). Примерами гетеротрофов являются животные, питающиеся растениями и другими животными. Другими гетеротрофами являются грибы и бактерии, которые поглощают мертвый органический материал (детрит) для процессов брожения или гниения.
  • Большая часть углерода покидает земную биосферу в результате дыхания. В присутствии кислорода при аэробном дыхании выделяется углекислый газ; в отсутствие кислорода при анаэробном дыхании выделяется метан.Эти газы в конечном итоге попадают в воздух или воду.
  • Углерод также может покидать земную биосферу, когда мертвое органическое вещество (например, торф) включается в геосферу. В частности, панцири животных (сделанные из карбоната кальция) могут в конечном итоге превратиться в известняк в процессе осаждения.

См. также

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

  • Чанг, Раймонд. 2006. Химия .9-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill Science/Engineering/Math. ISBN 0073221031.
  • Коттон, Ф. Альберт и Джеффри Уилкинсон. 1980. Высшая неорганическая химия . 4-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Уайли. ISBN 0-471-02775-8.
  • Гринвуд, Н. Н. и А. Эрншоу. 1998. Химия элементов . 2-е изд. Оксфорд, Великобритания; Берлингтон, Массачусетс: Баттерворт-Хайнеманн, Elsevier Science. ISBN 0750633654. Онлайн-версия доступна здесь. Проверено 11 августа 2007 г.
  • .
  • Янзен, Х.H. 2004. Круговорот углерода в земных системах — перспектива почвоведения. Сельское хозяйство, экосистемы и окружающая среда 104:399–417.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 10 января 2017 г.

Кредиты

New World Encyclopedia авторов и редакторов переписали и дополнили статью в Википедии в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям Creative Commons CC-by-sa 3.0 Лицензия (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Упоминание должно осуществляться в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на авторов New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

Примечание. На использование отдельных изображений, лицензированных отдельно, могут распространяться некоторые ограничения.

Сравнительное исследование между микросферами мезопористого диоксида кремния и активированным углем, используемым в качестве матрицы формостабилизированного материала с фазовым переходом

  • Li, M. & Wang, C.C. материалы. Возобновляемые источники энергии 141 , 1005–1012 (2019).

    КАС Статья Google ученый

  • Чен Ю. и др. . Эффективный формостабилизированный фазово-изменяющийся материал на основе новых мезопористых углеродных микросфер в качестве матрицы для полиэтиленгликоля: получение и термические свойства. JOM . https://doi.org/10.1007/s11837-019-03787-z (2019 г.).

    Артикул пабмед Google ученый

  • Ву, Б. и др. . Исследование материала с фазовым переходом, стабилизированного ПЭГ/эпоксидной смолой: приготовление, тепловые свойства и теплоаккумулирование. Международный журнал тепло- и массообмена 126 , 1134–1142 (2018).

    КАС Статья Google ученый

  • Ли, К. и др. . Композитные материалы с фазовым переходом для хранения тепловой энергии: от рецептуры на основе молекулярного моделирования до инновационного производства. Energy Procedia 158 , 4510–4516 (2019).

    КАС Статья Google ученый

  • Йи, Х. и др. . Разработка микрокапсулированных материалов с фазовым переходом MtNS/SA для улучшения характеристик накопления тепловой энергии: влияние толщины оболочки. Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы 200 , 109935 (2019).

    Артикул КАС Google ученый

  • Гао, Дж. К. и др. . Facile функционализировал мезопористый кремнезем с использованием биомиметического метода в качестве новой матрицы для приготовления стабилизированного по форме материала с фазовым переходом с улучшенной энтальпией. Международный журнал энергетических исследований . https://doi.org/10.1002/er.4861 (2019 г.).

    Артикул Google ученый

  • Рехмана, Т., Али, Х.М., Джанджуак, М.М., Саджадд, У. и Ян, В.М. Критический обзор увеличения теплопередачи материалов с фазовым переходом, встроенных в пористые материалы/пены. Международный журнал тепло- и массообмена 135 , 649–673 (2019).

    Артикул КАС Google ученый

  • Хаттак З.и Али, Х.М. Геометрия радиатора с воздушным охлаждением, подвергнутая принудительному потоку: критический обзор. Международный журнал тепло- и массообмена 130 , 141–161 (2019).

    Артикул Google ученый

  • Саджид, М. У. и Али, Х. М. Последние достижения в применении наножидкостей в устройствах теплопередачи: критический обзор. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии 103 , 556–592 (2019).

    КАС Статья Google ученый

  • Ma, L.Y., Guo, C.G., Ou, R.X., Wang, Q.G. & Li, LP. Синтез и характеристика н-бутилпальмитата как органического материала с фазовым переходом. Журнал термического анализа и калориметрии 136 (5), 2033–2039 (2019).

    КАС Статья Google ученый

  • Чен Ю. и др. .Функционализация дофамина для улучшения поведения полиэтиленгликоля при кристаллизации в материале с фазовым переходом, стабильном по форме, с микрокремнеземом в качестве матрицы. Журнал чистого производства 208 , 951–959 (2019).

    КАС Статья Google ученый

  • Гао, Дж. К. и др. . Удобный и простой метод получения новых высокоэффективных формостабильных материалов с фазовым переходом с использованием биомиметико-синтетических полидофаминовых микросфер в качестве матрицы для хранения тепловой энергии. Полимеры 11 , 1503 (2019).

    КАС Статья Google ученый

  • Ван, Ю. К. и др. . Многообещающий формостабильный материал с фазовым переходом, приготовленный с использованием экономичного биоугля сосновой шишки в качестве матрицы пальмитиновой кислоты для хранения тепловой энергии. Научные отчеты 9 , 11535 (2019).

    АДС пабмед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый

  • Куан Д.Y., Dai, L.G., Liu, D.H., Du, W. & Liu, HJ. Новый чистый процесс комбинированного производства этиловых эфиров жирных кислот (FAEE) и этилового эфира полиненасыщенных жирных кислот (PUFA) из масел микроводорослей. Возобновляемые источники энергии 143 , 772–7789 (2019).

    КАС Статья Google ученый

  • Wan, X., Su, L. & Guo, B.H. Разработка и получение новых формообразующих PEG/SiO 2 /AA материалов с фазовым переходом, стабилизированных по форме, на основе сетки с двойной блокировкой с повышенной теплоемкостью для тепловых регулирование и хранение энергии. Порошковые технологии 353 , 98–109 (2019).

    КАС Статья Google ученый

  • Chen, Z., Shan, F., Cao, L. & Fang, G.Y. Синтез и термические свойства формостабилизированных композитов лауриновой кислоты/активированного угля в качестве материалов с фазовым переходом для хранения тепловой энергии. Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы 102 , 131–136 (2012).

    КАС Статья Google ученый

  • Мехрали М., Латибари С.Т., Мехрали М., Малия Т.М.И. и Метселаар Х.С.С. Влияние углеродных наносфер на стабилизацию формы и тепловое поведение материалов с фазовым переходом для хранения тепловой энергии. Energy Convers 88 , 206e213 (2014).

    Google ученый

  • Weidner, M.C., Evenson, Z., Zamponi, M. & Possart, W. Молекулярное движение в вязком DGEBA с наночастицами с точки зрения квазиупругого рассеяния нейтронов. Химия и физика макромолекул 220 (1), 1800275 (2019).

    Артикул КАС Google ученый

  • Цянь, Т. Т. и др. . Радиальная мезопористая кремнеземная сфера: новый многообещающий кандидат в качестве поддерживающего материала для хранения низко-, средне- и высокотемпературного тепла. Энергетика 112 , 1074–1083 (2016).

    КАС Статья Google ученый

  • Тиан, Ф. и др. . Термические свойства наноразмерного полиэтиленгликоля, заключенного в силикагель для хранения скрытой теплоты. Thermochimica Acta 655 , 211–218 (2017).

    КАС Статья Google ученый

  • Кадооно, Т. и Огура, М. Теплоаккумулирующие свойства органических материалов с фазовым переходом, заключенных в нанопространстве мезопористых SBA-15 и CMK-3. Физическая химия химическая физика: PCCP 16 (12), 5495–8 (2014).

    КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ пабмед Статья Google ученый

  • Чжан Л. и др. . материалы с фазовым переходом на основе полиэтиленгликоля, поддерживаемые листами мезопористого кремнезема на основе графена. Прикладная теплотехника 101 , 217–223 (2016).

    КАС Статья Google ученый

  • Jun, S.H. и др. . Высокоэффективная иммобилизация и стабилизация ферментов в мезоструктурированном луковичном диоксиде кремния для производства биодизеля. Химия материалов 24 , 924–929 (2012).

    КАС Статья Google ученый

  • Чен Ю. и др. . Новые стабилизированные по форме материалы с фазовым переходом, состоящие из шаблонного мезопористого кремнезема с полиэтиленгликолем/не поверхностно-активным веществом: приготовление и термические свойства. JOM 69 (12), 2774–2778 (2017).

    КАС Статья Google ученый

  • Гао, Дж.К. и др. . Высокоэффективный стабилизированный по форме материал с изменяемой фазой с морщинистым мезопористым диоксидом кремния в виде наноцветков, инкапсулирующим полиэтиленгликоль: приготовление и термические свойства. Наноматериалы 8 , 385 (2018).

    Центральный пабмед Статья КАС пабмед Google ученый

  • Гао, Дж. К., Хоу, Л. А., Чжан, Г. Х. и Гу, П. Фасиле, функционализировавшие SBA-15 с помощью биомиметического покрытия и его применение для эффективного удаления ионов урана из водного раствора. Journal of Hazardous Materials 286 , 325–333 (2015).

    КАС пабмед Статья Google ученый

  • Гао, Дж. К., Чжан, З. Дж., Цзян, Ю. Дж., Чен, Ю. и Гао, С. Ф. Мезопористый кремнезем, функционализированный биомиметиками, с шаблоном из дубильной кислоты, в качестве новой подложки для иммобилизации NHase. Молекулы 22 (10), 1597 (2017).

    Центральный пабмед Статья КАС пабмед Google ученый

  • Чен Ю. и др. . Получение и термические свойства новых формостабилизированных материалов с изменяемой фазой на основе композита полиэтиленгликоль/мезоструктурированный луковичный диоксид кремния. Передовые науки . Материалы 10 (3), 331–337(7) (2018).

    КАС Google ученый

  • Чен, Д. и др. . Наночастицы мезопористого кремнезема с морщинистой структурой в качестве матрицы миристиновой кислоты для приготовления перспективного нового материала с фазовым переходом, стабилизированного по форме, простым методом. RSC Adv. 8 , 34224–34231 (2018).

    КАС Статья Google ученый

  • Гао, Дж. К. и др. . Улучшенные термические свойства нового теплоаккумулирующего материала со скрытой теплотой за счет удержания стеариновой кислоты в мезоструктурированном кремнеземе, похожем на луковицу. JOM 69 (12), 2785–2790 (2017).

    КАС Статья Google ученый

  • Чен Ю. и др. . Изготовление и характеристика новых композитных материалов с фазовым переходом из стеариновой кислоты, стабилизированных по форме, с наночастицами мезопористого кремнезема с шаблоном из дубильной кислоты для хранения тепловой энергии. RSC Adv. 7 (26), 15625–15631 (2018).

    Артикул Google ученый

  • Гао, Дж. К. и др. . Наночастицы мезопористого кремнезема, функционализированные дофамином, с шаблоном из дубильной кислоты в качестве нового сорбента для эффективного удаления Cu 2+ из водного раствора. Научные отчеты 7 , 45215 (2019).

    АДС Статья КАС Google ученый

  • Фэн, Л.Л., Сонг, П., Ян, С.К., Ван, Х.Б. и Ван, Дж. Материалы со стабилизированными фазовыми переходами, состоящие из полиэтиленгликоля и матрицы графитового нитрида углерода. Thermochimica Acta 612 , 19–24 (2015).

    КАС Статья Google ученый

  • Чен Ю. и др. . Экономически эффективный биоуголь, полученный из сельскохозяйственных отходов, и его применение для приготовления высокоэффективного материала с фазовым переходом с стабильной формой с помощью простого метода. Международный журнал молекулярных наук 19 (10), 3055 (2018).

    Центральный пабмед Статья КАС пабмед Google ученый

  • Liu, D.D., Wu, Z.S., Tian, ​​F., Ye, B.C. & Tong, Y.B. Синтез фотокатализатора TiO 2 /AC, легированного N и La, с помощью микроволнового излучения для фотокаталитического разложения нафталина. Journal of Alloys and Compounds 676 , 489–498 (2016).

    КАС Статья Google ученый

  • Чен Ю. и др. . Новая стратегия повышения теплопроводности формуемых материалов с фазовым переходом за счет восстановления in situ ионов металлов на основе углерода. Журнал чистого производства 243 , 118627 (2020).

    КАС Статья Google ученый

  • О’Нил, Г.W. и др. . Алкеноны как возобновляемые материалы с фазовым переходом. Возобновляемые источники энергии 134 , 89–94 (2018).

    Артикул КАС Google ученый

  • Faden, M., König-Haagen, A., Höhlein, S. & Brüggemann, D. Неявный алгоритм плавления и отстаивания материала с фазовым переходом внутри макрокапсул. Международный журнал тепло- и массообмена 117 , 757–767 (2018).

    Артикул Google ученый

  • Пелиховска К. и Пелиховски К. Материалы с фазовым переходом для хранения тепловой энергии. Прогресс в материаловедении 65 , 67–123 (2014).

    КАС Статья Google ученый

  • Wei, H. T. & Lia, X. Q. Получение и определение характеристик лауриновой, миристиновой, стеариновой кислоты/Al 2 O 3 , наполненного вспученным вермикулитом, композитным материалом с фазовым переходом и повышенной теплопроводностью. Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы 166 , 1–8 (2017).

    КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

  • Конуклю Ю., Эрсойц О., Эрзина Ф. и Тораманд О. Y. Экспериментальное исследование по приготовлению композитов материала с фазовым переходом лауриновой кислоты/диатомита, модифицированного микроволнами. Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы 194 , 89–94 (2019).

    КАС Статья Google ученый

  • Вен Р.Л. и др. . Синтез и характеристика лауриновой кислоты/вспененного вермикулита как формостабилизированных материалов для хранения тепловой энергии. Энергетика и здания 116 , 677–683 (2016).

    Артикул Google ученый

  • Chen, C.Z., Wang, L.G. & Huang, Y. Новый формостабилизированный PCM: электропрядение сверхтонких волокон на основе композита лауриновой кислоты/полиэтилентерефталата. Материалы Письма 62 , 3515–3517 (2008).

    КАС Статья Google ученый

  • Fang, G. Y., Li, H. & Liu, X. Получение и свойства композитов лауриновой кислоты/диоксида кремния в качестве формостабильных материалов с фазовым переходом для хранения тепловой энергии. Химия и физика материалов 122 , 533–536 (2010).

    КАС Статья Google ученый

  • Юань, HM и др. .Нанокапсулы лауриновой кислоты/диоксида кремния контролируемого размера для хранения тепловой энергии. Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы 191 , 243–257 (2019).

    КАС Статья Google ученый

  • Древесный уголь – Fillenergi.ee

    Описание

    Древесный уголь представляет собой твердый пористый продукт с высоким содержанием углерода, получаемый из древесины путем нагревания ее без доступа воздуха (или с небольшим доступом воздуха) в ретортах, печах или кучах.

    Теплоемкость древесного угля зависит от его влажности и температуры производства. Средняя удельная теплоемкость абсолютно сухого древесного угля составляет 0,2 ккал/кг. Теплота сгорания древесного угля при 380°-500° составляет 7500-8170 ккал/кг. Влажность только что произведенного в ретортах или печах древесного угля составляет 2-4%. При хранении угля в закрытых складах его влажность повышается до 7-15%.

    Зольность древесного угля не может превышать 3%, содержание летучих веществ не может превышать 20%, вес 1 л.древесный уголь из лиственных пород не менее 210 г.

    В древесном угле различают нелетучий и летучий углерод, он может быть удален при прокаливании в виде СО, СО2, Ч5 и других углеводородов.

    Элементный состав древесного угля в основном зависит от температуры обжига: чем выше температура, тем больше углерода в угле и меньше водорода, кислорода и азота. Например, древесный уголь, полученный при температуре 450°С, содержит (в беззольном и сухом весе): 84,9 % С, 3,1 % Н и 12 % (О + N).Содержание фосфора в древесном угле, полученном из неокоренной древесины, составляет: в сосне 0,016 %, в ели 0,017 % и в березе 0,037 %. Древесный уголь способен присоединять кислород при обычных температурах, чем и объясняется его склонность к самовозгоранию.

    Древесный уголь может производиться из древесины лиственных или смешанных лиственных пород. Древесный уголь делится на две группы: мелкий (не менее 6-12мм.) и крупный (не менее 25мм.).

    Выход древесного угля составляет 30-40% от веса сухой древесины, используемой для его производства.

    Основная область применения древесного угля:

    • В качестве топлива для каминов, барбекю и других подобных устройств

    В отличие от обычного топлива (например, дров), древесный уголь не дает дыма и открытого пламени, при правильном поджигании дает только необходимую температуру – тепло. Именно поэтому многие бары и рестораны используют древесный уголь для приготовления различных блюд на своих барбекю. Нет необходимости ждать, когда дрова прогорят, ведь древесный уголь – это готовое топливо.Также важно, что древесный уголь также отлично подходит в качестве топлива для домашних каминов. Благодаря отсутствию примесей и высокому содержанию углерода, древесный уголь долго горит (отдает тепло) и не выделяет запахов (дым) в помещение.

    Объяснение угля — Управление энергетической информации США (EIA)

    Углю требуются миллионы лет, чтобы образоваться

    Уголь — горючая черная или коричневато-черная осадочная порода с высоким содержанием углерода и углеводородов.Уголь классифицируется как невозобновляемый источник энергии, потому что для его образования требуются миллионы лет. Уголь содержит энергию, запасенную растениями, которые жили сотни миллионов лет назад в болотистых лесах.

    Слои грязи и камня покрывали растения на протяжении миллионов лет. В результате давление и тепло превратили растения в вещество, которое мы называем углем.

    Виды угля

    Уголь подразделяется на четыре основных типа или сорта: антрацит, битуминозный, суббитуминозный и лигнит.Ранжирование зависит от типов и количества углерода, содержащегося в угле, а также от количества тепловой энергии, которую уголь может производить. Ранг угольного месторождения определяется величиной давления и тепла, воздействовавших на растения с течением времени.

    Антрацит содержит 86–97% углерода и обычно имеет самую высокую теплотворную способность среди всех сортов угля. На долю антрацита приходилось менее 1% угля, добытого в США в 2020 году. Все антрацитовые шахты США находятся на северо-востоке Пенсильвании.В Соединенных Штатах антрацит в основном используется в металлургической промышленности.

    Битуминозный уголь содержит 45–86% углерода. Возраст битуминозного угля в США составляет от 100 до 300 миллионов лет. Битуминозный уголь является наиболее распространенной разновидностью угля в Соединенных Штатах, и в 2020 году на его долю приходилось около 44% от общего объема добычи угля в США. Битуминозный уголь используется для выработки электроэнергии и является важным топливом и сырьем для производства коксующегося угля или использование в черной металлургии.В 2020 году битуминозный уголь производился как минимум в 18 штатах, но на пять штатов приходилось около 74% от общего объема добычи битуминозных материалов: Западная Вирджиния (28%), Пенсильвания (14%), Иллинойс (13%), Кентукки (10%). и Индиана (8%).

    Полубитуминозный уголь обычно содержит 35-45% углерода и имеет более низкую теплотворную способность, чем битуминозный уголь. Большинству суббитуминозных углей в Соединенных Штатах не менее 100 миллионов лет. Около 46% от общего объема добычи угля в США в 2020 году было суббитуминозным, около 88% было добыто в Вайоминге и 8% в Монтане.Остальная часть была произведена на Аляске, Колорадо и Нью-Мексико.

    Лигнит содержит 25-35% углерода и имеет самую низкую энергоемкость среди всех сортов угля. Залежи бурого угля, как правило, относительно молоды и не подвергались экстремальным температурам или давлению. Лигнит рассыпчатый и имеет высокое содержание влаги, что способствует его низкой теплоте сгорания. В 2020 году на бурый уголь приходилось 9% от общего объема добычи угля в США. Около 54% ​​было добыто в Северной Дакоте и около 39% — в Техасе.Остальные 7% были произведены в Луизиане, Миссисипи и Монтане. Бурый уголь в основном используется для производства электроэнергии. Предприятие в Северной Дакоте также перерабатывает бурый уголь в синтетический природный газ, который по газопроводам направляется потребителям на востоке США.

    Последнее обновление: 19 октября 2021 г.

    металл — При какой температуре горит уголь?

    металл — При какой температуре горит уголь? — Обмен химией
    Сеть обмена стеками

    Сеть Stack Exchange состоит из 179 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

    Посетите биржу стека
    1. 0
    2. +0
    3. Войти
    4. Зарегистрироваться

    Chemistry Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для ученых, преподавателей, преподавателей и студентов, изучающих химию.Регистрация занимает всего минуту.

    Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

    Любой может задать вопрос

    Любой может ответить

    Лучшие ответы голосуются и поднимаются на вершину

    спросил

    Просмотрено 9к раз

    $\begingroup$

    Согласно старой редакции Википедии, древесный уголь горит при температуре до 2600 °C.Другие источники, которые кажутся менее надежными, дают цифру около 1000 °C. С тех пор статья в Википедии была обновлена, чтобы указать температуру 1100 °C.

    Я знаю, что это зависит от потока воздуха, но до какой температуры может гореть обычный древесный уголь (купленный для барбекю)? Можно ли использовать его для плавления металлов с температурой плавления, таких как железо или сталь?

    ортокрезол ♦

    65k1010 золотых знаков214214 серебряных знаков372372 бронзовых знака

    спросил 28 сен 2016 в 10:38

    Мауро Ф.Мауро Ф.

    18422 серебряных знака55 бронзовых знаков

    $\endgroup$ 5 Очень активный вопрос . Заработайте 10 репутации (не считая бонуса ассоциации), чтобы ответить на этот вопрос.Требование к репутации помогает защитить этот вопрос от спама и отсутствия ответа.

    Ваша конфиденциальность

    Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь с тем, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой использования файлов cookie.

    Принять все файлы cookie Настроить параметры

     

    Что такое активированный уголь и как он работает?

    Активированный уголь (также известный как активированный уголь) состоит из маленьких черных шариков или сплошной черной пористой губки.Он используется в фильтрах для воды, лекарствах, которые избирательно удаляют токсины, и процессах химической очистки.

    Активированный уголь — это уголь, обработанный кислородом. В результате обработки получается высокопористый древесный уголь. Эти крошечные отверстия придают древесному углю площадь поверхности 300-2000 м 2 /г, позволяя жидкостям или газам проходить через уголь и взаимодействовать с открытым углеродом. Уголь адсорбирует широкий спектр примесей и загрязнений, включая хлор, запахи и пигменты.Другие вещества, такие как натрий, фторид и нитраты, не так сильно притягиваются к углероду и не отфильтровываются. Поскольку адсорбция работает путем химического связывания примесей с углеродом, активные центры в древесном угле в конечном итоге заполняются. Фильтры с активированным углем со временем становятся менее эффективными, и их необходимо перезаряжать или заменять.

    Что активированный уголь фильтрует, а что нет

    Наиболее распространенное повседневное использование активированного угля — фильтрация воды. Улучшает прозрачность воды, уменьшает неприятные запахи и удаляет хлор.Он неэффективен для удаления определенных токсичных органических соединений, значительного количества металлов, фтора или патогенов. Вопреки живучей городской легенде, активированный уголь слабо адсорбирует алкоголь и не является эффективным средством выведения.

    Он будет фильтровать:

    • Хлор
    • Хлорамин
    • Tannins
    • Thannins
    • Фенол
    • Некоторые препараты
    • Некоторые препараты
    • Сульфид водорода и некоторые другие летучие соединения, вызывающие запахи
    • маленьких количества металлов, таких как железо, Меркурий и хелатный медь

    Он не удалит:

    • Аммиак
    • Нитраты
    • Нитриты
    • Фтор
    • Натрий и большинство других катионов
    • Значительное количество тяжелых металлов, железа или меди
    • Значительные количества углеводородов или нефтяных дистиллятов
    • Бактерии, простейшие, вирусы и другие микроорганизмы

    Эффективность активированного угля

    Несколько факторов влияют на эффективность активированного угля.Размер и распределение пор варьируется в зависимости от источника углерода и производственного процесса. Крупные органические молекулы усваиваются лучше, чем более мелкие. Адсорбция имеет тенденцию увеличиваться при снижении pH и температуры. Загрязнения также удаляются более эффективно, если они находятся в контакте с активированным углем в течение более длительного времени, поэтому скорость потока через уголь влияет на фильтрацию.

    Активированный уголь Десорбция

    Некоторые люди беспокоятся, что активированный уголь десорбируется, когда поры заполнятся.В то время как загрязняющие вещества на полном фильтре не выделяются обратно в газ или воду, использованный активированный уголь не эффективен для дальнейшей фильтрации. Это правда, что некоторые соединения, связанные с некоторыми видами активированного угля, могут попасть в воду. Например, некоторые виды древесного угля, используемые в аквариуме, со временем могут начать выделять фосфаты в воду. Доступны продукты без фосфатов.

    Заправка активированным углем

    Можно или нужно перезаряжать активированный уголь или нет, зависит от его назначения.Можно продлить срок службы губки с активированным углем, обрезав или отшлифовав внешнюю поверхность, чтобы обнажить внутреннюю часть, которая, возможно, не полностью потеряла свою способность фильтровать среду. Также можно нагреть гранулы активированного угля до 200°С в течение 30 минут. Это разложит органические вещества в древесном угле, которые затем можно смыть, но не удалит тяжелые металлы.

    По этой причине, как правило, лучше просто заменить древесный уголь. Вы не всегда можете нагреть мягкий материал, покрытый активированным углем, потому что он может плавиться или выделять собственные токсичные химические вещества, в основном загрязняя жидкость или газ, которые вы хотите очистить.Суть в том, что вы, возможно, могли бы продлить срок службы активированного угля для аквариума, но не рекомендуется перезаряжать фильтр, используемый для питьевой воды.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.