Для того чтобы определить массу железа, которую можно расплавить в доменной печи, сначала нужно рассчитать количество теплоты, которое можно получить из сжигания 2 тонн каменного угля.
Каменный уголь содержит химическую энергию, которая может быть высвобождена при сжигании. Приблизительная теплота сгорания каменного угля составляет около 30 МДж/кг.
Масса каменного угля: 2 т = 2000 кг
Общее количество высвобождаемой теплоты при сжигании угля:
Теплота = масса × теплота сгорания = 2000 кг × 30 МДж/кг = 60 ГДж
Доменная печь имеет КПД (коэффициент полезного действия) 40%. КПД - это отношение полезной работы или энергии, которая используется в процессе, к общей затраченной энергии.
Теплота, которая фактически используется в печи:
Полезная теплота = Общая теплота × КПД = 60 ГДж × 0.4 = 24 ГДж
Для процесса расплавления железной руды в доменной печи требуется определенное количество теплоты. Расплавление железа требует приблизительно 2,5 ГДж/тонна.
Масса железа, которую можно расплавить:
Масса железа = Полезная теплота / Теплота на расплавление 1 т железа = 24 ГДж / 2,5 ГДж/т = 9,6 тонн железа
Следовательно, при условиях, описанных в задаче, можно расплавить примерно 9,6 тонн железа, используя 2 тонны каменного угля в доменной печи с КПД 40%.