Структурно-химические параметры органической массы ТГИ

и их расчёт

Структурно- химические параметры рассчитываются на единицу ТГИ, в частности на 100г их органической массы. Зная элементный состав ОМ по углероду, водороду, кислороду, азоту и серы, запишем:

C^o+H^o+O^o+N^o+S^o=100, (1.3)

где C^o, H^o, O^o, N^o и S^o – содержание углерода, водорода, кислорода, азота и серы в органической массе ТГИ,%.

Согласно разработанной теории при оценке качества органической массы ТГИ по структурно- химическим параметрам используются следующие показатели:

основной: степень ненасыщенности углеродного скелета молекулы ОМ ,

дополнительные:

количество грамм – атомов отдельных элементов (n_ат ),

общее число химических связей (n_св ),

относительное количество атомов отдельных элементов ( n_э/m_э )

вклад всех элементов в показатель качества ОМ ТГИ (n_ат/n_c).

Далее изложена методика расчёта перечисленных показателей органической массы твёрдых горючих ископаемых, в том числе каменных углей.

1.2.1. Структурный параметр

Характеризует степень ненасыщенности водородом углеродного скелета органической массы молекулы. Представляет собой разницу между общим числом химических связей в молекуле и общим числом, содержащихся в ней атомов. На раскрытие одного цикла (R) молекулы органического вещества необходимо 2R атома водорода, на разрыв n_св необходимо 2 n_св атомов водорода. Рассчитывается величина по уравнению:

= 2(n_св – n_ат), (1.4)

где n_св- общее число химических связей,

n_ат – общее число гамм-молей отдельных атомов.

Общее число химических - и - связей в молекуле органической массы ТГИ составит:

n_св= n_i w_i , (1.5)

где n_i - число атомов i-го типа в молекуле;

w_i - валентность отдельных атомов, т.е. w_C , w_H , w_{N ,} w_O и w_S.

Расчёт количества химических связей углеродного скелета органических соединений базируется на данных валентного состояния её атомов: углерода, азота и кислорода. Эти данные приведены в табл. 1.

Таблица 1.1 - Валентные состояния различных атомов органической массы

ТГИ

№ п/п	Атом	Соединение	Обозначение	Валентное состояние
	Углерод   Азот   Кислород	Алифатическое Ароматическое Пиридин Пиррол Кэтон Эфир	CAL CAR Nпир Nпирр Окэт Оэф	> C < – C < – N = – N ≤ О = – О –

Соответственно приведенным данным в табл.1.2 представленны валентности отдельных атомов, а также водорода и серы.

Таблица 1.2 - Число валентности отдельных атомов ОМ ТГИ

Атом	CAL	CAR	H	Nпир	Nпирр	Oкэт	Oэф	S
Валентность

Согласно разработанной теории молекула органической массы твёрдого топлива рассматривается как граф. Вершинами графа являются атомы, а рёбра – химические связи. При этом в структуре ОМ ТГИ имеются только одинарные и двойные связи. Тогда с учётом формулы (1.5) величина n_св рассчитывается по уравнению:

n_св = . (1.6)

Общее число грамм – молей отдельных атомов в составе молекулы ОМУрасчитывается по уравнению:

n_ат = , (1.7)

где 12,14,16 и 32 – округленные значения атомных масс углерода, азота, кислорода и серы. Атомная масса водорода равна 1.

Дополнительные показатели

Они используются для дополнительной качественной оценки отдельных видов и марок ТГИ:

n_ат и n_св – рассчитывается по уравнениям (1.6) и (1.7);

n_i – относительное число грамм - атомов элементов углерода, водорода, азота, кислорода и серы в органической массе ТГИ. Определяется по уравнению:

n_i= A_i /m_i, (1.8)

где A_i содержание элементов C, H, O, N и S на органическую массу топлива (%). Очевидно C^о + H^о + O^о + N^о + S^о = 100.

m_i – атомные массы углерода, водорода, азота, кислорода и серы соответственно 12, 1, 14, 16 и 32;

n_ат / n_с – параметр, учитывающий вклад всех элементов органической массы ТГИ на её показатели. Рассчитывается по уравнению:

. (1.9)

Таким образом, на основании данных об элементном составе органической массы угля рассчитываются его структурно- химические параметры (n_ат, n_св, n_Э, n_ат / n_с). Их значения используются для оценки марки ТГИ, их физико – химические и технологические свойства и эффективность использования в различных технологических процессах переработки.

Глава 2. Расчёт физико - химических и технологических