Физико-химические свойства этилового спирта

Этиловый спирт – бесцветная прозрачная жидкость; молярная масса С₂Н₅ОН 46 г/моль; температура плавления –114,14°С; температура кипения 78,3°С; критическое давление 6,395 МПа; температура вспышки 13°С; температура самовоспламенения 404°С; плотность 0,7893 г/см3; смешивается с водой в любых соотношениях.

Расчет термодинамических величин

2.1. Реакция горения этилового спирта в воздухе:

С_nН_mO_r + ×(O₂ + 3,75 N₂)

n CO₂(г) + H₂O(ж) + ×3,75 N₂.

Для этилового спирта С₂Н₅ОН: n=2, m=6, r =1:

C₂H₅OH_(Ж) + 3 (O₂ + 3,75N₂)(г) 2 CO₂(г) + 3H₂O(ж) + 11,25 N₂.

2.2. Табличное значение стандартной энтальпии сгорания этилового спирта =−1366,91 кДж/моль.

Следовательно, высшая энтальпия сгорания топлива равна:

−1366,91 кДж/моль С₂Н₅ОН.

2.3. Высшая теплота сгорания топлива QВ:

Qв 29715кДж/кг С₂Н₅ОН≈

≈29,72 МДж/кг С₂Н₅ОН.

2.4. Низшая энтальпия сгорания топлива рассчитывается по уравнению реакции:

С_nН_mO_r + ×(O₂+3,75 N₂)

n CO₂(г) + H₂O(г)+ ×3,75 N₂.

Для этилового спирта

C₂H₅OH_(Ж) + 3 (O₂ + 3,75N₂)(г) 2 CO₂(г) + 3H₂O(г) + 11,25 N₂.

Низшая энтальпия сгорания отличается от высшей на энтальпию конденсации водяного пара =−44,01 кДж/моль. Из уравнения реакции горения этилового спирта видно, что образуются три моля воды. Поэтому

−1366,91+3·44,01=

=−1234,88 кДж/моль.

2.5. Низшая теплота сгорания топлива Q_Н:

Q_Н 26845 кДж/кг С₂Н₅ОН ≈

≈ 26,85 МДж/кг С₂Н₅ОН.

2.6. Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива:

= 8,9 кг воздуха/кг топлива.

2.7. Количество топливовоздушной смеси:

М₁ = 1топлива + (О₂ + 3,75N₂)=1_{топлива}+3(1+3,75)=15,25 моль.

2.8. Низшая теплота сгорания топливовоздушной смеси q_н, она же калорийность стехиометрической смеси топлива с воздухом:

кДж/м³.

Таблица 6

Сравнительные характеристики (Q_Н, , q_н)

Этилового спирта и бензина

Характеристики	Бензин	Этиловый спирт
Справочные данные	Расчет
Низшая теплотворная способность, QН (МДж/кг)	43,3 – 44,0	25,0 – 26,8	26,85
Низшая теплота сгорания топливовоздушной смеси, qн (кДж/м3)	3439 − 3910
Стехиометрическая потребность воздуха в процессе сгорания, (кг воздуха / кг топлива)	14,9	9,0	8,9

Выводы

Из приведенных данных (табл. 6) следует, что этиловый спирт и бензин имеют близкую по значению теплотворную способность стехиометрической смеси.

Для этилового спирта характерна меньшая теплотворная способность единицы массы топлива и требуется меньшее стехиометрическое количество воздуха, необходимое для сгорания спирта, что обусловлено меньшим содержанием углерода и большим содержанием кислорода в спирте.

Анализ физико-химических свойств этилового спирта и термодинамических расчетов в сравнении со свойствами бензина показывает возможность его использования в качестве топлива для двигателей с искровым зажиганием.

Проблемой, ограничивающей применение этилового спирта в качестве топлива, являются большие затраты энергии на производство спирта по сравнению с энергией, получаемой в процессе его сгорания.

Кроме того, коррозионная активность спиртов, а также их активность по отношению к ряду пластмасс требует пересмотра материалов топливной системы.

Этиловый спирт применяется в настоящее время для питания автомобилей в виде смеси (90% бензина + 10% С₂Н₅ОН – газойль).

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1

Варианты заданий для выполнения курсовой работы

№ варианта	Вещество, агрегатное состояние	№ варианта	Вещество, агрегатное состояние
	С2Н2 (г) (ацетилен)		н-С6Н14(ж) (н-гексан)
	С2Н4(г) (этилен)		н-С7Н16(ж) (н-гептан)
	С2Н6(г) (этан)		н-С8Н18 (ж) (н-октан)
	С3Н4 (г) (пропадиен)		н-С9Н20 (ж) (н-нонан)
	С3Н6(г) (пропилен)		н-С10Н22(ж) (н-декан)
	С3Н8(г) (пропан)		СН3ОН(ж) (метиловый спирт)
	С3Н6(г) (циклопропан)		С3Н5ОН (ж) (аллиловый спирт)
	н-С4Н8(г) (н-бутилен)		С3Н7ОН (ж) (н-пропиловый спирт)
	изо-С4Н8(г) (изобутилен)		С3Н7ОН (ж) (изопропиловый спирт)
	н-С4Н10(г) (н-бутан)		С4Н8О2 (ж) (этилацетат)
	изо-С4Н10(г) (изобутан)		С4Н9ОН (ж) (н-бутиловый спирт)
	С5Н10(ж) (циклопентан)		С4Н9ОН (ж) (изобутиловый спирт)
	н-С5Н12(г) (н-пентан)		С4Н10О (ж) (диэтиловый эфир)
	изо-С5Н12(г) (изопентан)		С6Н5СН2ОН (ж) (бензиловый спирт)
	С6Н10(ж) (циклогексен)		С6Н11ОН (ж) (циклогексанол)
	С6Н12(ж) (циклогексан)		С8Н17ОН(ж) (октиловый спирт)

Таблица 2

Значения стандартных энтальпий сгорания

Вещество	Агрегатное состояние	Но298,сгор., кДж/моль
Углеводороды
СН4 (метан)	газ	-890,31
С2Н2 (ацетилен)	газ	-1299,63
С2Н4 (этилен)	газ	-1410,97
С2Н6 (этан)	газ	-1559,88
С3Н4 (пропадиен)	газ	-1946,00
С3Н6 (пропилен)	газ	-2051,00
С3Н8 (пропан)	газ	-2220,03
С3Н6 (циклопропан)	газ	-2078,60
н-С4Н8 (н-бутилен)	газ	-2717,30
изо-С4Н8 (изобутилен)	газ	-2700,50
н-С4Н10 (н-бутан)	газ	-2878,83
изо-С4Н10 (изобутан)	газ	-2871,69
С5Н10 (циклопентан)	жидкость	-3278,60
н-С5Н12 (н-пентан)	газ	-3536,15
изо-С5Н12 (изопентан)	газ	-3528,11
С6Н10 (циклогексен)	жидкость	-3731,70
С6Н12 (циклогексан)	жидкость	-3919,91
н-С6Н14 (н-гексан)	жидкость	-4163,12
н-С7Н16 (н-гептан)	жидкость	-4811,12
н-С8Н18 (н-октан)	жидкость	-5450,50
н-С9Н20 (н-нонан)	жидкость	-6124,50
н-С10Н22 (н-декан)	жидкость	-6737,10
Кислородосодержащие соединения
СН3ОН (метиловый спирт)	жидкость	-715,00
С2Н5ОН (этиловый спирт)	жидкость	-1366,91
С3Н5ОН (аллиловый спирт)	жидкость	-1851,00
С3Н7ОН (н-пропиловый спирт)	жидкость	-2010,40
С3Н7ОН (изопропиловый спирт)	жидкость	-2003,80
С4Н8О2 (этилацетат)	жидкость	-2254,21
С4Н9ОН (н-бутиловый спирт)	жидкость	-2671,90
С4Н9ОН (изобутиловый спирт)	жидкость	-2633,00
С4Н10О (диэтиловый эфир)	жидкость	-2730,90
С6Н5СН2ОН (бензиловый спирт)	жидкость	-3741,70
С6Н11ОН (циклогексанол)	жидкость	-3726,70
С8Н17ОН (октиловый спирт)	жидкость	-5280,20

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Введение
2. Методика расчета термодинамических характеристик
3. Методика выполнения курсовой работы(примеры) ПРИЛОЖЕНИЕ