量热仪基础知识 PPT课件

煤质化验设备基础知识 量热仪 1 主要内容 1 量热仪概况2 量热仪的用途3 量热仪原理 2 目前国内使用的量热仪除国产的外 还有美国LECO公司 PARR公司和德国IKA公司等多家外国公司生产的 从结构不同可分为恒温式 绝热式和双干式 此种原则上应属于恒温式 量热仪概况 3 目前国内市场根据外桶结构的不同又分为静态式 其容量较大 可装20kg左右水 但没有加热 制冷装置 和自动控温式 有加热 制冷装置可自动控温 目前大量使用的单头氧弹 内腔容积约300ml左右 也有少数厂家生产内腔容积180mL 200ml 250ml和350ml的 4 外桶形状大都采用圆形 内筒水定量的方式 早期量热仪是采取称量的方式 国外从上世纪七十年代 国内从九十年代中期开始采用自动定量的方式 自动定量的方式也有多种方式 有利用连通器原理的自动平衡式 有探针式 有虹吸式 还有量杯式等 读温的方式有早期的贝克曼温度计 也有现在普遍采用的铂金探头 也有少数采用晶振方式的 5 量热仪的用途 量热仪主要用来测定各种固态 液态可燃物质的热值 如 测定煤 石油 食品 饲料 炸药 水泥生料等的热值 量热仪也可配合其它装置用来测煤中的硫 称弹筒硫 煤中的氯 煤中的灰分等 量热仪目前尚不能用来测定气态可燃物质 如 液化气 煤气 天然气等 的热值 6 量热仪是用来测定燃料发热量的专用仪器 是国家规定的强制性计量检定仪器 其中燃料煤的发热量不但是火电厂进煤的计价依据 也是火电厂计算标准煤耗的主要参数 因而煤的发热量的测定 是煤质检验的重点项目之一 我矿化验室配置的量热仪为长沙开元公司生产的5E AC3自动量热仪 5E KC4快速量热仪 7 我矿化验室使用的量热仪 8 量热仪的原理 1热量物质运动产生能量 随着物质运动方式的不同 所产生的能量也有多种形式 如电能 光能 机械能 核能等 能量的传递过程称为做功 如不通过做功而传递的能量 则称为热量 故能量 功 热量三者之间有着密切的关系 它们的概念虽则不同 但可用一个统一的单位来表示 这就是焦耳 简称焦 J 9 历史上曾经用卡 cal 作为热量单位 1卡是指1g纯水在标准大气压下升高1 时所需要的热量 由于水的比热是随着温度变化而变化的 1g纯水在标准大气压下在不同的温度条件下升高1 所需的热量并不相同 10 单位质量的物质完全燃烧时所放出的热量 称为该物质的发热量 或称热值 以焦 克 J g 或兆焦 千克 MJ kg 表示 1MJ kg 1000J g 因为卡 cal 作为热量的单位已经废除 所以过去常用的发热量单位卡 克 cal g 或千卡 千克 kcal kg 也同时被废除 11 为了照顾一部分从事煤质化验时间较久习惯 我们在相关软件中将结果中的焦 克乘以20 卡的换算系数4 1816转换成卡 克 而用括号括起来 这种数据只能作参考 不能作正式报告的依据 因为不能保证是在20 时得出的数据 所以会有误差 12 3温度单位开尔文 K 是热力学温标的温度单位 是统一的法定计量单位 它的定义是以水的三相点为基点 该点温度为273 16K 即热力学温度的1开尔文等于水的三相点热力学温度的1 273 16 摄氏温度 不是法定计量单位 不过目前还允许使用 13 4量热体系量热体系是指热容量标定和发热量测试过程中 试样放出的热量所能达到的各个部件 它们包括内筒中的水 内筒 氧弹及搅拌器 温度计 感温探头 浸没水中的部分等 14 5热容量量热体系温度升高1 时所吸收的热量 称为量热仪的热容量 用E表示 单位为J 或J K 对一台量热仪而言 当内筒水量 内筒 氧弹及搅拌器 温度计 感温探头 浸没深度以及环境温度等实验条件确定时 热容量E是一个确定值 当上述条件中的任一个改变后都会引起热容量的改变 例如改变了内筒的水量 改变了环境温度等都会引起热容量的变化 15 热容量和比热是两个不同的概念 热容量是指量热体系温度升高1 所吸收的热量 而比热是指1g物质温度升高1 所吸收的热量 16 6量热仪的原理量热仪的测试原理是用一种已知热值的物质 通常用标准物质苯甲酸 测量整个量热体系温度升高1 所需的热量 即测得量热仪的热容量 17 举个例子 如 已知苯甲酸的热值为26500J g 燃烧1g的苯甲酸可使量热体系升高2 65 则该量热仪的热容量为 26500J g 1g 2 65 10000J 18 当要测某种可燃物质的热值时 只需将一定量的该物质置于量热体系中燃烧 测出量热体系的温升值 即可算出该物质的热值 如 1g未知热值的煤在量热体系中燃烧后使量热体系升高了2 则该煤样的热值为 10000J 2 1g 20000J g 若升高2 5 则该煤样的热值为 10000J 2 5 1g 25000J g 19 在标定热容量时 量热体系除了从苯甲酸燃烧获得热量外还可从帮助点燃苯甲酸的点火丝获得热量 记作q1 由于氧弹中有氮气 在高温 高压条件下 生成硝酸 这部分热量称为硝酸生成热 记作qn 实验过程中 内 外桶之间有温差 会产生热的交换 需要进行校正 称为冷却校正 记作C 所以完整的热容量计算公式应为 20 其中 E 热容量J K或J Q 苯甲酸热值J gm 苯甲酸质量gto 点火时内筒水温 tn 终点时内筒水温 q1 点火丝热量Jqn 硝酸生成热JC 冷却校正值 主期温升 21 7热容量的标定为了标定一台量热仪的热容量 先要选择一种已知热值的物质 现在常用的是一种由权威机构已经定值的叫做苯甲酸的标准物质 其分子式为C6H5COOH 它是目前国际公认的唯一的标定热容量的标准物质 22 它具有以下优点 a 易于纯化 b 吸湿性低 c 常温下挥发性低 d 压实的苯甲酸易完全燃烧 其发热量接近煤的发热量 约26425 26525J 左右 每批略有不同 缺点是粉状的苯甲酸燃烧性能较差 不易燃烧完全 所以必须压成饼再用 压饼前应在40 55 的干燥器中烘干 3 4 h或者在装有浓硫酸的干燥器中放置48h以上 23 标定热容量时 是将一定量 一般为1g左右 已知热值的二级苯甲酸置于密封的氧弹中 在充足的氧气条件下 令试样完全燃烧 燃烧所放出的热量被内筒水所吸收 测出内筒水的温升 计算出点火丝热量 硝酸生成热 冷却校正值 就可得出量热体系温度升高1 所需的热量 此即这台量热仪的热容量 24 热容量标定值的有限期为三个月 超过此期限时应重新标定 但有下列情况时应立即重标 1 更换温度计 2 更换量热仪的大部件 如氧弹头 连接环 密封圈 电极柱 螺母等小部件不在此列 3 标定热容量和测发热量时的内桶水温相差超过5K 4 量热仪经过较大的搬动 如果量热仪的量热系统没有显著改变 重新标定的热容量与前一次的热容量相差不应大于0 25 否则 应找出原因 解决后再重新标定 25 8发热量的测定一台标定了热容量的量热仪就可用来测定固态 液态可燃烧物质的热值 操作步骤与标定热容量时类似 也要称样 装样 充氧 测水温等 不同的是点火丝热量不是试样燃烧产生的热量 所以要减去 如果放了添加物还要减去添加物的热量 记作q2 其计算公式为 26 其中 Q6 弹筒发热量J g或MJ kgE 热容量J k或J m 试样质量g 主期温升 q1 点火丝热量Jq2 添加物热量JC 冷却校正值 27 9弹筒发热量 空干基 单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧 其终态产物为25 下的 CO2 O2 过剩 N2 H2SO4 HNO3 H2O 液态 和固态的灰时放出的热量称为弹筒发热量 其符号为Qb ad 28 10恒容高位发热量 空干基 单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧 其终态产物为25 下的 CO2 O2 过剩 N2 SO2 H2O 液态 和固态的灰时放出的热量称为恒容高位发热量 其符号为Qgr ad 实际上由弹筒发热量减掉稀硫酸生成热和二氧化硫生成热之差 二氧化硫生成热是恒容高位发热量的一部分 所以不应减去 再减掉稀硝酸的生成热 得出的就是恒容高位发热量 11恒容低位发热量 收到基 单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧 其终态产物为25 下的 CO2 O2 过剩 N2 SO2 H2O 气态 和固态的灰时放出的热量称为恒容低位发热量 其符号为Qnet ar 实际上由恒容高位发热量减掉水的汽化潜热 得出的就是恒容低位发热量 29 燃烧条件与燃烧产物种类及其相态关系 g 气态I 液态 30 空干基恒压高位发热量计算公式 Qgr v ad Qb 94 1Sb ad Qb v ad 式中 Qgr ad 空干基高位热值MJ kgSt 全硫 硝酸校正系数当Qb 16 7MJ kg时 0 001当16 7MJ K Qb 25 1MJ kg时 0 0012当Qb 25 1MJ kg时 0 0016 31 收到基恒容低位发热量计算公式 Qnet v ar Qgr v ad 206Had 式中 Qnet