实验八煤的发热量的测定

1、实验八 煤的发热量的测定一、实验目的1 掌握“氧弹法”法测定煤的发热量的原理及方法。2 掌握本法测定煤的发热量的条件。二、实验原理取一定量的分析煤样在充满高压氧气的弹筒（浸没在装一定质量的水的容器俗称内筒）内完全燃烧，生成的热被水吸收，水温升高，由水升高的温度，计算样品的发热量。三、仪器及设备测定发热量的仪器称为“量热 计”，其结构如图1 所示。量热计型号很多，根据水套温度的不同控制方式，可分成两种类型的量热计。恒温式：以适当方式使外筒温度保持恒定不变，以便用较简便的计算公式来校正热交换的影响；绝热式：以适当方式使外筒温度在试验过程申始终与内筒保持一致，因而消除热交换。量热计应安置在完全不受阳

2、光直射的单独房间内，室温稳定在1535之间。试验时应尽量保持温度恒定，每次测定的室温变化不应超过1。量热计主要部件如下：1 氧弹 用优质不锈钢制成（其结构见图2）。弹筒容积为250300mL，经9.81106Pa 水压试验证明无问题后方能使用。氧弹针形阀不仅供充氧、抽气、排气用，同时又是点火电极一端，另一电极为弹体本身，两电极间采用聚四氟乙烯绝缘。2 内筒 用优质不锈钢板制成，结构如图3所示。内筒的装水量为20003000mL ，应能浸没氧弹。内筒内侧的半圆形竖筒为搅拌器室。内筒置于外 筒内，与外筒间距10mm ，底部有绝缘支柱支撑。内筒外表面应光亮，避免与外筒间的辐射作用。3 外筒 由不锈钢

3、板制成的夹层筒，外壁呈圆形。夹层中充水并使水温保持恒定。内表面也应光亮，避免辐射作用。外筒有两个半圆形的胶木盖，盖上有孔，以插入温度计、搅拌器等。设用自动恒温装置，控制水温在测试过程中稳定不变（0.1）。4 搅拌器 搅拌内筒中的水，使样品燃烧生成的热尽快、均匀地分散。搅拌器是螺旋浆式，用马达带动，转速一般为400600转分。螺旋浆与马达之间用绝热材料连接，避免传热。图1 恒温式量热计 图2 氧弹结构1. 外筒；2. 内筒；3. 搅拌器；4. 马达； 1. 弹体；2. 弹盖；3. 进气管；4. 进气阀； 5. 绝缘支柱；6. 氧弹；7. 量热温度计； 5. 排气管；6. 遮火罩；7. 电极柱；

4、8. 外筒温度计；9. 盖子；10. 放大镜；11震荡器 8. 燃烧皿；9. 接线柱；10. 弹脚图3 内筒搅拌热不应超过125J 。5 温度计 测量内筒中水温的变化值，是准确测定发热量的一个关键，因而必须使用高精密度的温度计。通常大都使用可变测温范围的贝克曼温度计，最小刻度为0.01，经读数放大后可估读至0.001。因为量程可变，所以可测-10120范围内的任何温度变化。6 点火装置 在氧弹内的两电极之间，连接一段已知热值的细金属丝。通电后，金属丝熔断引燃试样。7 压饼机 螺旋式或杠杆式均可，以能压制直径约10mm 的煤饼或苯甲酸饼为准。模具及压杆应用硬质合金制成，表面光洁，易于擦拭。四、材

5、料及试剂1 点火丝 已知发热量、直径为0.1mm 的铁丝（6694 J/g）、铜丝（2510 J/g）、镍铬丝（1400 J/g）、棉线（1748 J/g）、铂丝（418 J/g）。2 氢氧化钠标准滴定溶液c (NaOH=0.1mol/L。3 甲基橙指示剂(2g/L或酚酞指示剂(10g/L。4 苯甲酸 试剂一级，标准发热量为26464J/g，供测定量热计热容量时，作为基准物。 5 氧气 不能含可燃物，不能使用电解法制备的氧气。五、测定过程1 在金属燃烧皿底部铺上一个石棉纸垫（垫的周边应与皿密接，以防试样漏入皿底，燃烧不完全），准确称量燃烧皿的质量。准确称量11.2g 直径小于0.2mm 的分析

6、煤样，放入燃烧皿中。为防止某些试样燃烧时飞溅，可先用压饼机压制成饼，再切成24mm 小块或用已知质量的擦镜纸包裹。不易燃烧完全的试样，可提高充氧压力至3.4106Pa 促进燃烧或加入适量苯甲酸。取一段已知质量的点火丝，把两端分别接在氧弹的两个电极上。将盛有试样的燃烧皿放于支架上，调节点火丝中间部分，使其下垂与试样接触。注意勿使点火丝接触燃烧皿，以免形成短路。加10mL 蒸馏水于氧弹内（用来吸收燃烧生成的硫氧化物和氮氧化物），小心拧紧弹盖，注意避免震动而改变燃烧皿和点火丝的位置。接上氧气导管，缓缓充入氧气，使压力达到2.6106Pa ，充氧完毕后拆下氧气导管。准确称量适量的水加入内筒，其数量应使

7、氧弹淹没在水面下1020mm 。用水量必须与标定仪器热容量时的用水量相同（相差1g 以内）。先调好外筒水温，使与室温相差不超过1。内筒水温最初应稍低于外筒温度（用冰水调节），而测定终期温度又比外筒高0.51.0。内外筒温差过高，将导致过大的“冷却校正”而产生较大的误差。把装好水的内筒小心放入外筒内的绝缘支架上，再把氧弹小心放入内筒，检查弹筒的气密性。如氧弹中无气泡漏出，则表明气密性良好，如有气泡出现，则表明漏气，应找出原因，排除故障，重新充氧。然后，接上点火丝电源，装好搅拌器和温度计并盖上外筒盖。温度计的水银球应位于氧弹主体的中部，在温度计露出水银柱处，另悬挂一支普通温度计，用以测定露出柱的温

8、度。2 开动搅拌器、报时灯、温度计震荡器和照明灯，准确称量少量冰水加入内筒（冰水量计入内筒水的总质量），使内筒水温较外筒略低0.51，搅拌5min ，内筒温度均匀上升，开始测定。发热量的测定分三个阶段：初期、主期、终期。2.1初期 在此期间，内、外筒之间温度为内低外高，进行着热交换。先读取一次内筒温度，记为t 初。5min 后再读取一次温度，记为始点温度t o ，并立即通电点火。同时，记下露出柱温度t o 。2.2主期 在此期间，试样燃烧，使弹筒和内筒温度急剧升高，水温变为内高外低，内、外筒之间继续进行热交换。每隔半分钟读取一次温度，直到最高点后转而下降的第一次温度为止，最后一次温度记为t n

9、 ，它标志着主期结束。同时记下露出柱温度t n 。温升较快阶段，温度可只读到0.01，缓慢阶段应读到0.001。2.3终期 终点后，相隔5min 再读一次温度记为t 末，测定结束。3 当终期结束后，停止搅拌，取出氧弹，放气。打开弹筒，仔细观察燃烧皿看反应是否完全。找出点火丝，量取长度，计算燃烧热量。用蒸馏水冲洗弹筒内各部和燃烧皿、燃烧残渣，把全部洗液收集在一个烧杯中，供测硫用，总体积约100mL 。六、弹筒发热量Q b ，ad 的校正和计算1温度校正1.1温度计刻度校正 根据检定证书中所给的修正值（贝克曼温度计称为毛细管修正值）校正点火温度t o 和终点温度t n ，再由校正后的温度（t 0

10、+ h0）和（t n + hn ）求出温升。其中h 0和h n 分别表示温度为t o 和t n 时的读数修正值。1.2露出柱温度校正值 测量内筒水温的贝克曼温度计或精密温度计的分度值，随着基点温度、浸没深度和露出柱温度的不同而改变。前两个因素可在热量计热容量标定和试样测定中取相同条件而抵消，但第三个因素则因外界的温度无法人为控制使其保持一致，故需加以校正，校正系数H 为H = 1 + 0.00016（t - t 0）式中 t 热容量标定中露出柱的平均温度，；t 0试样测定中点火时露出柱温度，；0.00016水银对玻璃的相对膨胀系数。2冷却校正 又称为辐射校正。在恒温式发热量测试过程中，由于内、

11、外筒水温始终存在差别，不可避免产生热交换。热交换的结果常常使内筒温升偏低，致使测量结果偏低，因而称为冷却作用。冷却校正也是采用温度补偿的办法，将损失的热量以温度的形式补偿到温差项中，用校正系数C （）表示。C 值的准确计算较复杂，但它的大小主要与内筒温度的下降速度（起始阶段该值常为负值）和测量时间有关。C 值的计算采用经简化处理的本特公式n n v m n v v m C ( (20+= 式中 0v 测定初期（即点火以前）内筒温度下降速度（/0.5min）。即1000t t v =初把初期时间定为5min ，计算中以0.5min 为时间单位；n v 测定终期内筒温度下降速度（/0.5min），

12、即10末t t v n n =终期时间也定为5min ，计算中以0.5min 为时间单位；n 测定主期温度读数的次数（即t 1至t n 的次数，共n 次，一般时间间 隔为0.5min ）；m 测定主期温度变化速度不小于0.3/0.5min的次数。如果第一个0.5 min 低于0.3/0.5min（绝对值），也算一次计入m 中。3点火丝热量校正熔断式点火法可按所用点火丝种类，根据点火丝的实际消耗量（原用量减掉点火后的残余量）和点火丝的燃烧热，计算试验中点火丝放出的热量。4弹筒发热量Q b ，ad 的计算m q q C h t h t EH Q ( ( (2100n n ad b, += 式中 Q b ，ad 分析试样的弹筒发热量，J/g；热量汁的热容量，J/；贝克曼温度计露出柱温度校正系数，t n 终点温度，；t 0始点温度即点火时的温度，；h n 终点温度校正值，；h 0始点温度校正值，；冷却校正系数，；q 1点火丝发热量，J ；q 2添加物如苯甲酸、包纸等