Определение теплоты сгорания топлива

Теплота сгорания является основной энергетической характеристикой любого топлива. Теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, выделяемое при полном сгорании I кг топливе.

Различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива. Высшей теплотой сгорания называется количество теплоты, выделяемое при по дном сгорании I кг топлива с учетом теплоты, выделяемой при конденсации водяных паров. В практических условиях при горении топлива пары воды уносятся с продуктами горения в атмосферу, следовательно, теплота сгорания топлива будет меньшей.

Низшей теплотой сгорания топлива называется количество тепла, выделяемое при полном сгорании I кг топлива без учета тепла водяного пара.

Теплота сгорания тяжелых нефтепродуктов определяется в калориметрических установках по ГОСТ 6712-53» Сущность калориметрического метода определения теплоты сгорания заключается в сжигании навески испытуемого топлива в среде сжатого кислорода в калориметрической бомбе и определения выделившегося при этом тепла.

Калориметрическая установка состоит из следующих основных частей: калориметра с термометром и мешалкой, калориметрической бомбы, баллона с кислородом, манометра для измерения давления кислорода мотора, приводящего в движение мешалку; реостата, регулирующего скорость вращения, мешалки.

Калориметр (рис. 6) состоит из кожуха 1, калориметрического сосуда 2, мешални10, термометра переменного ртутного наполнения 3.

 

Кожух 1 представляет из себя латунный сосуд с двойными стенками, между которыми находится вода при комнатной температуре. В калориметрический сосуд 2 заливается определенное количество воды. Мешалка 10 приводится в движение от электромотора, скорость вращения которого регулируется реостатом. Термометр 3 переменного ртутного наполнения обеспечивает возможность отсчета температур с точностью до 0, 001 °С При цене деления 0, 01 °С. Но о помощью лупы расстояние между делениями термометра делится на глаз на 10 равных частей, и таким образом обеспечивается указанная точность отсчета. Особенностью данного термометра является то, что им замеряют не абсолютную температуру, а лишь величину ее изменения.

Калориметрическая бомба (см. рис. 6) представляет собой толстостенный стакан 7 из нержавеющей стали объемом 300 мл. На стакан навинчивается крышка бомбы 6 с прокладкой. На крышке имеется два вентиля: через вентиль 5, соединенный с трубкой бомба заполняется кислородом перед опытом, через вентиль 4 удаляются продукты сгорания после опыта. Топливо помешается в чашке 9, подвешенной на кольце стерженька крышки бомбы.

Зажигание топлива происходит при сгорании проволочки 8 подведенной к топливу, после подвода электротока от клемм.

Проведение работы

1. Взвешиваем проволочку с точностью до 0, 001 г на аналитических весах (а).

2. Взвешиваем чашечку (Р₁).

3. Взвешиваем чашечку с топливом (Р₂).

4. Определяем вес топлива: а = р₂ - р₁ - в.

5. Помешаем чашечку в кольцо и закрепляем проволочку, как показано на рис. 8.

6. Наливаем на дно бомбы 10 мл дистиллированной воды для предохранения дна бомбы от разрушения кислотами.

7. Завинчиваем крышку бомбы.

8. Наполняем бомбу кислородом до давления 2, 0-2, 5 МПа, для чего соединяем бомбу через манометр с кислородным баллоном.

9. Подключаем бомбу к электросети.

10. Опускаем бомбу в калориметр, в который налито 2500 мл воды.

11.Устанавливаем термометр, мешалку и закрываем крышку калориметра.

12. Включаем электромотор мешалки.

13. Ожидаем 8-10 минут. Это время нужно для выравнивания температуры всех частей калориметра.

14. Отсчитываем температуру начального периода через каждые 0, 5 мин с точностью до 0, 001, делаем 11 отсчетов. Начальный и конечный периоды нужны для учёта теплообмена калориметра с окружающей средой.

15. В момент последнего отсчета начального периода включаем ток в цепи зажигания топлива. Последний отсчет начального периода является первым отсчетом главного периода.

16. Отсчитываем температуру главного периода также через каждые 0, 5 мин до тех пор, пока температура не начнет падать. Последний отсчет главного периода является первым в конечном периоде.

17. Деваем еще 10 отсчетов конечного периода (всего будет 11 отсчетов).

18. Выключаем электромотор мешалки, открываем крышки калориметра, вынимаем бомбу и отсоединяем день зажигания.

19. Выпускаем продукты сгорания на бомбы через соответствующий вентиль и открываем крышку бомбы.

20. Нальем в одну колбочку дистиллированной воды, а в другую выльем содержимое бомбы в попробуем на метилоранж.

Вычисление высшей теплотворной способности соплива п о бомбе производится по формуле:

В этой формуле числитель представляет собой всю теплоту, полученную калориметром во время опыта, знаменатель - количество сгоревшего топлива.

К = 11913 - водное число калориметрической установки, в граммах.

Водным числом или водным эквивалентом калориметра называется весовое (в граммах) количество воды, имеющее теплоемкость, равную (эквивалентную) теплоемкости калориметрической системы, состоящей из калориметрического сосуда, находящейся в нем воды, калориметрической бомбы, мешалки и термометра (при данной глубине погружения) т.е. всей системы воспринимающей тепло, выделившееся во время опыта. Водное число калориметра определяют путей сжигания в калориметрической бомбе навески вещества теплота сгорания которого определена с большой точностью;

Н - значение градуса термометра переменного наполнения, учитывает изменение длины шкалы термометра с изменением температуры;

Т_{К -} конечная температура главного периода;

Т₀ начальная температура начального периода;

h₀, h_K поправки на калибр термометра, соответственно, при температурах Т₀ и Т_K; учитывают неодинаковость сечения капилляра по длине (см. приложение);

а навеска топягва;

q удельная теплота сгорания проволочки запала:

для медной - 2520 Дж/г,

для стальной - 6700 Дж/г.

в вес проволочки, г;

Dt поправка на радиационный теплообмен калориметра c окружающей средой.

Вычисление поправки ведется по формуле:

где - среднее изменение за полуминутный промежуток времени в начальный период,

- среднее изменение температуры за полуминутный промежуток времени в конечный период,

m - число полуминутных промежутков главного периода с быстрым (более 0, 3°) подъемом температуры; сюда же относится первый промежуток независимо от его величины;

z - число полуминутных промежутков главного периода с медленным (менее 0, 3°) подъемом температуры.

В найденную таким образом теплоту сгорания топлива нужно внести поправку на теплоту образования кислот.

Таблица