Определение удельной теплоты сгорания топлива.

Одной из основных технических характеристик топлива является его удельная теплота сгорания – количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы массы в случае твердого или жидкого топлива или единицы объема в случае газообразного топлива. Различают высшую и низшую удельную теплоту сгорания: в первой не учитывается тепло, затрачиваемое на подогрев и испарение влаги топлива и влаги, образующейся в результате сгорания водорода топлива; во второй – эти затраты тепла учитываются.

1.2 Сущность метода определения теплоты сгорания по бомбе

Калориметрический метод определения теплоты сгорания основан на полном сжигании массы исследуемого топлива в калориметрической бомбе в изотермическом или адиабатическом режимах при постоянном объеме в атмосфере сжатого кислорода и измерении подъема температуры калориметрического сосуда, обусловленного теплотой, выделившейся при сгорании топлива и вспомогательных веществ, а также образованием водных растворов азотной и серной кислот в условиях опыта.

1.3 Вид и марка образца топлива, его нормативные характеристики

Для анализа в ходе лабораторной работы, в качестве исследуемого топлива, использовался торф. Масса навески m = 0.981∙10^{-3 кг. Характеристики исследуемого образца:}

низшая теплота сгорания Q^н =8,12 МДж/кг;

теплота сгорания по бомбе Q^daf_б =22,9 МДж/кг;

влага аналитическая W^a = 11%;

массовая доля серы S = 0.1 %

массовая доля водорода H=2.6 %

1.4 Краткое описание лабораторной установки

Рис.1 Калориметрическая установка.

Калориметрическая установка В-08МА (Рис.1) состоит из:

1 – калориметрический сосуд;

2 – оболочка калориметра;

3 – гнездо для сосуда 1;

4 – мешалка оболочки;

5 – мешалка сосуда;

6 – метастатический термометр;

7 – лупа;

8 – вибратор.

1.5 Обоснование и описание методики проведения испытаний

В данной работе определяется теплота сгорания твердого топлива методом сжигания навески топлива в калориметрической бомбе при изотермическом режиме проведения испытания. В результате опыта измеряется температура. Измерение температуры разбиваются на три периода:

1. начальный – учет теплообмена калориметрической системы с окружающей средой в условиях начальной температуры опыта;

2. главный – сгорание навески, передача выделившегося тепла калориметрической системе и выравнивание температуры для всех ее частей ;

3. конечный – учет теплообмена калориметра с окружающей средой в условиях конечной температуры опыта.

Основная часть

2. Результаты испытаний

Показания по шкале термометра в периодах
начальном		главном		конечном
№	Значение	№	Значение	№	Значение
0	0,51	1	0,7	39	1,98
1	0,53	2	1,4	40	1,98
2	0,54	3	1,59	41	1,98
3	0,545	4	1,65	42	1,982
4	0,55	5	1,75	43	-
5	0,556	6	1,778	44	1,986
6	0,56	7	1,835	45	1,986
7	0,565	8	1,861	46	1,988
8	0,569	9	1,885	47	1,989
9	0,572	10	1,901	48	1,987
10	0,576	11	1,915
		12	1,927
		13	1,934
		14	1,942
		15	1,949
		16	1,952
		17	1,955
		18	1,959
		19	1,96
		20	1,962
		21	1,963
		22	1,965
		23	1,968
		24	1,968
		25	1,969
		26	1,97
		27	1,97
		28	-
		29	1,972
		30	1,972
		31	1,974
		32	1,975
		33	1,976
		34	1,977
		35	1,978
		36	1,979
		37	1,98
		38	1,98

3. Обработка опытных данных

Удельная теплота сгорания испытуемой аналитической пробы топлива по бомбе:

, кДж/кг

C_i – энергетический эквивалент калориметрической системы (C_i =12.874  кДж/°С);

m₁ – масса сгоревшей проволоки (m₁ = 0.022∙10^{-3 кг);}

q – теплота сгорания проволоки  (q = 6700 кДж/кг);

m – кажущаяся масса образца топлива (m =0.981∙10^{-3 кг).}

Исправленный прирост температуры Δt:

t_n, t_o – показатели термометра, соответствующее конечной температуре главного периода и температуре зажигания (начальной температуре главного периода);

Δt_n, Δt_o – поправки на калибровку термометра;

z – средняя цена деления шкалы термометра, z = 1,000°С;

Поправка на теплообмен калориметра с окружающей средой в делениях шкалы термометра:

V^’, V’’ – средняя скорость изменения температуры в начальном и конечном периодах;

n₁, n₂ – число полуминутных промежутков отсчетов главного периода с быстрым (0,3 °С и более) и медленным повышением температуры;

t’, t’’ – начальная температура начального периода и конечная температура конечного периода, °С;

n_o, n_n – число полуминутных промежутков отсчетов в начальном и конечном периоде.

Высшая теплота сгорания:

94 – коэффициент, учитывающий теплоту образования серной кислоты из диоксида серы и растворения серной кислоты в воде на 1% серы, перешедшей при сжигании топлива в серную кислоту, кДж/кг;

S^a_t – массовая доля серы в аналитической пробе топлива;

α – коэффициент, учитывающий теплоту образования и растворения в воде азотной кислоты (0,0015 – для торфа).

Низшая теплота сгорания:

24,42 – теплота парообразования при температуре измерения 25°С из расчета на 1 % выделившейся воды, кДж;

8,94 – коэффициент пересчета массовой доли водорода на воду;

H^a, W^a – массовая доля водорода и воды в аналитической пробе топлива