Question:
Chaleur de combustion pour l'octane
bromega
2014-09-25 15:47:24 UTC
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Je suis étudiant en génie mécanique et j'ai travaillé sur un projet scolaire mais je veux aller un peu plus loin et cela m'a conduit ici. Je suis en train de concevoir un cylindre de moteur et je me suis dit que je devrais être capable de calculer la chaleur de combustion du fluide de travail.

N'oubliez pas que je n'ai pas de manuel de chimie et tout ce que j'ai fait jusqu'à présent utilise Internet et une vague mémoire du lycée.

J'ai donc écrit l'équation équilibrée,

$$ \ ce {C8H18 + 12,5 \ left (O2 + 3,76 N2 \ right ) -> 8 CO2 + 9 H2O + 23,5 N2} $$

en utilisant cela, j'ai pu calculer le rapport air / carburant, les masses individuelles pour le volume de 1,8 $ \ \ mathrm L $, etc. J'ai opté pour un taux de compression de 8 qui, après quelques calculs thermodynamiques (si nécessaire, je les présenterai), je suis arrivé à l'état suivant,

$$ T_2 = 650,9 \; \ text {K} \\ P_2 = 1779 \; \ text {kPa} $$

ce sont essentiellement les conditions préalables à l'étincelle. J'essaie de calculer la chaleur de combustion en utilisant ces propriétés. En utilisant Mathematica, j'ai découvert que pour Octane, la chaleur de combustion se trouve quelque part,

$$ \ Delta H = 5474 \; \ frac {\ text {kJ}} {\ text {mol}} $$

mais je suppose que c'est pour STP, mon intérêt est de calculer mes conditions à l'état 2. Après quelques recherches, j'ai remarqué qu'il fallait utiliser les chaleurs spécifiques des participants, mais le site Web a déclaré ' trouvez-les à la fin du livre »- dont je n'en ai pas. Pour être honnête, il me faudra probablement des jours pour résoudre ce problème par moi-même en utilisant Internet. Quelqu'un connaît-il donc un raccourci tel qu'une base de données en ligne ou des tables publiques qui affichent des chaleurs spécifiques (peut-être en fonction de la température) pour l'octane. Ou comment pourriez-vous résoudre mon problème?

N'oubliez pas que je n'ai pas beaucoup de connaissances en chimie avancée et que je m'intéresse principalement au domaine de l'ingénierie.

Premièrement, l'azote ne participe pas à la réaction, alors supprimez-le (BTW, il n'est pas équilibré). Vous auriez toujours besoin du même volume d'air puisque l'oxygène représente environ 21% de l'air. Pouvez-vous me dire combien d'octane il y a dans le cylindre quand il est allumé? Y a-t-il également un excès d'oxygène?
Remarquablement, cet exercice (comme de nombreux manuels et conférences) sélectionne la réaction de combustion de l'octane de toutes les réactions de combustion possibles de l'essence pour montrer le principe de la combustion, bien que [l'essence ne contienne pas en fait une forte concentration d'octane] (https: / /chemistry.stackexchange.com/a/63299/7951).
l'équation équilibrée est 2C8H18 + 25O2 ----> 18H2O + 16CO2
Un répondre:
user7652
2014-12-26 01:41:59 UTC
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L'enthalpie d'un système est une fonction d'état, c'est-à-dire qu'elle ne dépend pas du chemin que vous empruntez pour atteindre l'état final. Ce que cela signifie dans ce cas, c'est que le changement d'enthalpie de combustion sera la chaleur requise pour élever la température du matériau de combustion à la nouvelle température et pour augmenter la pression. Essentiellement, pensez-y comme si la combustion se produisait à STP, et vous devez construire un chemin de l'état de début à l'état final qui passera cette combustion à STP. Dans ce cas, ce serait:

  1. État initial des réactifs -> réactifs STP
  2. Chaleur de combustion à STP
  3. Produits STP -> final état des produits

Votre état final sera le même que votre état initial, 650,9 K / 1779 kPa. Le point important est que la chaleur lors du changement des réactifs en STP sera différente du changement des produits à l'état initial. Cette différence serait reflétée si vous trouviez une chaleur de combustion dans une condition autre que STP.

L'azote est un spectateur de la réaction, vous pouvez donc l'ignorer complètement pour des raisons de réaction. Cependant, vous devez tenir compte de son élévation à la pression / température finale si l'une ou l'autre change. Je suppose que vous avez cela sous contrôle.

Maintenant, le problème vient du fait que ce sont des conditions quelque peu extrêmes, au moins sous la pression. Pour calculer cela correctement, il faudrait beaucoup de temps et d'efforts. Cela dit, il peut y avoir des coins que vous êtes capable de couper dans le processus. Le processus général que vous devez suivre est:

  1. Prenez l'octane et $ \ ce {O2} $ de 1779 kPa à 1 atm, 650,9 K à $ T_ {1, \ mathrm i} $.
  2. Prendre l'octane et $ \ ce {O2} $ de $ T_ \ mathrm i $ à 25 ° C à pression constante (en utilisant $ C_p $).
  3. Utiliser la chaleur de combustion .
  4. Prendre $ \ ce {H2O} $ et $ \ ce {CO2} $ de 1 atm à 1779 kPa, 25 ° C à $ T_ {2, \ mathrm i} $.
  5. Faites passer $ \ ce {H2O} $ et $ \ ce {CO2} $ de $ T_ {2, \ mathrm i} $ à 650,9 K.

Le changement d'enthalpie global de ce processus sera la chaleur de combustion à vos conditions. Maintenant, vous devrez décider vous-même des étapes 1 et 4, car vous devez tenir compte des interactions intermoléculaires et devez donc choisir une équation d'état (pas un gaz idéal). Je pense que je ne suis pas nécessairement suffisamment informé dans ce domaine précis pour proposer des suggestions à cet égard. Personnellement, je choisirais simplement quelque chose comme VDW, mais il pourrait y avoir une norme spécifique pour les processus de combustion. De plus, un seul livre auquel j'ai accès pour le moment qui a la bonne forme d'équation dépendante de la température pour $ C_p $, et il n'en a pas pour l'octane. Ce sont ceux des autres gaz concernés:

$ \ ce {O2} $: $ C_p = 25.46 + 1.519 10 ^ {- 2} T - 0.715 10 ^ {- 5} T ^ 2 + 1,311 10 ^ {- 9} T ^ 3 $

$ \ ce {CO2} $: $ C_p = 22,243 + 5,977 10 ^ {- 2} T - 3,499 10 ^ {- 5} T ^ 2 + 7,464 10 ^ {- 9} T ^ 3 $

$ \ ce {H2O} $: $ C_p = 32,218 + 0,192 10 ^ {- 2} T + 1,055 10 ^ {- 5} T ^ 2 - 3.953 10 ^ {- 9} T ^ 3 $

De la chimie et de l'ingénierie de la thermodynamique (Sandler).

J'aimerais pouvoir vous aider davantage. Espérons que cette explication vous oriente au moins dans la bonne direction.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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