实验三 燃料热值测定.doc

实验三 燃料热值的测定一、 实验的理论基础 燃料的燃烧热（或热值）是指单位质量（g或gmol）的燃料在标准状态下与氧完全燃烧时释放的热量。完全燃烧是指燃料（常指碳氢燃料）中的C完全转变为二氧化碳，氢转变为水，硫转变为二氧化硫。如果燃烧发生于定压过程，这是的燃烧热为定压燃烧热，又称燃烧焓，如果燃烧过程保持容积不变，这是的燃烧为定容燃烧热。 假定有N中组分参与反应的方程式为： 式中代表组分分子式，为分子前指数，“”，“”分别为反应物和产物，则定容燃烧热和定压燃烧热分别为： ，分别为标准定容生成热或生成焓（kcal/gmal，kcal/kg）。上标“o”代表标准状态（1atm，25），它们之间的关系为： 为通用气体常数，DN为气相组分在反应中的摩尔数变化，对于等摩尔数反应，DN=0，一般情况下，由于，常常可以用生成焓代替生成热，即 根据反应产物中水的状态不同，热值又有低热值和高热值之分。如产物水为蒸汽，这是的热值为低热值，如产物为液态水，热值为高热值，两者的差值为水的蒸发潜热（Qr=10.52kcal/gmal）。 工业上常用燃料的元素分析法确定高低热值的关系。若用符号和表示应用基高位热值和低位热值，它们之间的关系为 （kcal / kg）分别为应用基氢百分含量和全水份含量。 本实验测定的是分析基弹筒热值，用表示。它与高位热值间的关系为 式中：为分析基硫百分含量；为分析基水份含量；a为修正系数；无烟煤和贫煤取0.001，其它煤种取0.0015。二、 实验原理 本实验用氧弹式热量计测定常温（1530）下固体或液体燃料的弹筒定容热值实验的基本原理是热力学第一定律。 实验过程中使环境（量热体系以外）温度不变，给定的燃料试样在氧弹中完全燃烧释放热量。使量热体系温度升高，记录实验过程中温度的变化，就可以算出燃料试样的弹筒热值。 在测量中，先使已知热值的标准热值苯甲酸（6342cal/g）在量热体中燃烧，求出热量计的水当量（数值上等于量热体系温度升高1所需的热量）。然后在相同条件下，使被测燃料在热量计中燃烧，由量热体系的水当量，即可求出被测燃料的热值，计算公式可写成 （1）式中：K为水当量（Cal/K），DT为温度增量（K），G为试样重量（g）。三、实验装置和实验试剂 12 7 11 8 9 4 6 13 5 14 10 1 15 16 3 2 220V1. 外壳2. 量热容器3. 搅拌器4. 搅拌马达5. 绝热支柱6. 氧弹7. 贝克曼温度计8. 工业用玻璃温度计9. 电 极10. 盖 子11. 放大镜12. 电动振动装置13. 水14. 指示灯15. 可变电阻调节16. 开 关图41燃料燃值测定实验装置与结构1. 氧弹式热量计（见图41）及其附件；2. 氧气瓶及减压阀；3. 压块机；4. 盘架天平，粗称煤粉重量；5. 分析天平，精确测定点火铁丝和煤粉重量，型号：TG328B，分度值0.1mg；6. 点火铁丝，直径小于0.2毫米，剪成10cm一段，将等长度的10根铁丝在分析天平称重，算出每根铁丝的平均重量；7. 贝克曼温度计，刻度范围05；分度值0.01估读到0.001；8. 玻套温度计，测量外筒水温，刻度范围9. 050，分度值1；10. 万用电表；11. 标准热值苯甲酸（6324Cal/g）；12. 蒸馏水；13. 煤粉试样；14. 酸洗石棉；15. 弹头架；16. 工具；四、 实验步骤 1试样称重，取煤粉试样1.01.2g，先在托盘天平上粗称，然后在分析天平上称准到0.0002g，放在垫有酸洗石棉的坩埚中，当测定低热值煤或灰份大于40%的煤样时，可加0.2g左右已知苯甲酸热值。一般煤可作粉状燃烧，挥发份大的烟煤或褐煤作粉状燃烧时可能溅出，可用美浓纸包样燃烧（计算时应减去纸的热值），或与点火丝一起压成块（见图42）。 煤块 点火丝 点火丝图42煤粉压块示意图 2弹中加10ml蒸馏水，弹头放在弹头架上，将盛有试样的坩埚固定在坩埚架上，将点火丝两端固定在两个电极上，中间放入煤粉中，点火丝与坩埚接触，用万用表检查点火丝与电极接触是否良好。拧紧氧弹盖，缓慢通入氧气，使弹内压力达到2530atm，氧弹不应漏气。 3充有氧气的氧弹放入量热器内筒中，加入3000g蒸馏水（称准到0.5g)，蒸馏水温应事先调整，外筒水温与室温相差不得超过0.5内筒水温应比外筒水温低0.7。 4接好电极，将贝克曼温度计插入内筒，装好搅拌器，盖好外盖。 5启动搅拌器，用放大镜观察温度变化，但温度上升均匀后，开始读取温度，每半分钟温度上升大于0.5，观测到0.1；每半分钟温度升高为0.50.1，观测到0.01；每半分钟温度升高小于0.1，观测到0.001。实验分三个阶段读数：F 初期：试样燃烧前，观测和记录环境与量热体系的热交换，每隔一分钟读取一次，共读取六次，得到五个温度间隔，在初期最后一次读数的瞬间，将点火电压预先升高到预定值，同时按下电钮进行点火。F 主期：试样燃烧产生热量传给热量计，使热量计各部分温度达到均匀，每半分钟读取一次，直到温度不再上升而开始下降的第一次温度为止。F 末期：观察终了温度下的热交换关系，每半分钟读取一次，约读取十次作为实验末期。 6停止搅拌，关闭电源，取下贝克曼温度计和电极，取出氧弹，缓慢打开气阀，在5分钟左右放尽气体，拧开并取下氧弹盖，放在弹头架上，量出未燃尽点火丝的长度，计算实际消耗的点火丝重量，检查弹体内部，如有烟黑或未燃尽试样微粒（不是灰份），此次实验作废。 7如果测定全硫含量以计算高位发热量时应收集弹液（终了半小时后再放余气）。用热蒸馏水洗涤弹体内各部分：坩埚和进气阀，将全部洗涤液和坩埚中的物质收集在洁净烧杯中，洗涤液应为150200ml。 8将盛有洗涤液的烧杯加盖微沸5分钟，加两滴1%酚酞，以1/10N的NAOH溶液滴到粉红色，保持15秒不变为止。9如不计算高位发热量时，7、8两步可省略。用干布将氧弹内外表面和弹盖擦干净，用电吹风将其吹干或风干。五、 测量结果计算：在仪器设计制造中已考虑使热量体系与环境见热小，剩余的热交换作用，在体系与环境间相差23以下时，可用校正公式进行修正。 1测定结果按下列公式计算： （2）式中： H：贝克曼温度计每一度相当于实际温度的度数，特别的热量计用温度计H=1.000 To，T：直接观测到的主期的初温和终温（） ho，h：温度分别为To和T时，温度计刻度的校正（） Dt：量热计热交换修正值（） g，q：分别为点火丝实际消耗量（g）和燃烧量（cal/g） C：滴定洗涤液消耗的1/10N的NaOH溶液容积（ml），不计高位热值时为0。 1.43相当于1ml 1/10N的NaOH溶液与HNO3反应时的生成热和熔解热。 G：试样重量（g）。 2热量计热交换修正值用奔特公式计算： （3）式中： V：初期每半分钟温度变化率。 V1：末期每半分钟温度变化率。 m：主期中每半分钟温度上升小于0.3的间隔数，第一个间隔总是计入m中。 r：主期中每半分钟温度上升小于0.3的将间隔数。六、 实验思考题：1. 热量计的水当量如何测定?2. 实验结果计算式中，各项需要修正的原因是什么？3. 贝克曼温度计有什么特点？使用时需要注意哪些问题？4. 对照有关资料，分析实验数据的可靠程度，并说明理由。附： 实验示例： 某燃料在下列条件下测定弹筒热值：室内温度：22.3；外筒温度：22.5；内筒温度：21.8；水当量：K=3474Cal/g；试样：G=1.1071g；消耗点火丝（细铁丝）重量：g=0.0050g；铁丝热值：q=1600Cal/g；C=4.01ml；h0=0.0；h=0.0；H=1.000。 记录数据如下表：序号初期序号主期mr序号末期00.84811.09012.860121.93022.85920.84932.39032.858342.61042.85740.85052.72252.856562.78262.85560.85172.81772.854782.83782.85380.85292.84992.8529102.856102.851100.853（点火）112.86031111.0901228611221.930132.862133142.