طريقة تحديد القيمة الحرارية للمواد الصلبة القابلة للاحتراق
تشير المواد الصلبة القابلة للاحتراق إلى المواد الصلبة التي يمكن أن تشتعل عند ملامستها للنار أو مصادر الحرارة أو الصدمات أو الاحتكاك. وهي تغطي مجموعة واسعة من الأنواع، بدءًا من الضروريات اليومية إلى المواد الخام الصناعية، مثل الخشب والورق والمنسوجات.
الخصائص الرئيسية
القابلية للاشتعال: سهولة الاشتعال بسرعة عند ملامسة مصادر الحريق، مع انتشار سريع للهب.
الخطر: قد ينتج عن الاحتراق مواد سامة، وقد يكون إخماد الحريق صعبًا (على سبيل المثال، قد تزيد مساحيق المعادن من حدة التفاعلات عند تعرضها للماء).
التنوع: بما في ذلك المواد ذاتية التفاعل والمتفجرات المستقرة، إلخ.
الأنواع الشائعة:
المواد الصلبة الطبيعية: الخشب، الخث، الليغنيت، الفحم الحجري، الأنثراسيت، الصخر الزيتي، إلخ.
المواد الصلبة المعالجة: الفحم النباتي، فحم الكوك، القوالب، كرات الفحم، إلخ.
المواد الصلبة الخاصة: الكحول الصلب، وقود الصواريخ الصلب، إلخ.
الأهداف التجريبية1. تحديد القيمة الحرارية: قياس الحرارة المنبعثة بدقة أثناء الاحتراق الكامل للمواد الصلبة القابلة للاحتراق (مثل الخشب والفحم) باستخدام معدات مثل المسعرات الحرارية بالقنبلة الأكسجينية. هذا مؤشر أساسي لتقييم جودة الوقود.
2. إتقان التقنيات التجريبية: تعلم إجراءات تشغيل المسعرات الحرارية بالقنبلة الأكسجينية، بما في ذلك الخطوات الرئيسية مثل شحن الأكسجين والإشعال وقياس درجة الحرارة. فهم الفرق بين حرارة الاحتراق والقيمة الحرارية، وتحديد مصادر الخطأ التي تتطلب التصحيح في التجربة (مثل احتراق سلك الإشعال، وامتصاص الحرارة بواسطة الجهاز).
3. فهم مبادئ الأجهزة: التعرف على هيكل المسعرات الحرارية بالقنبلة الأكسجينية (مثل أسطوانة القنبلة، ومستشعر درجة الحرارة، والمحرك)؛ إتقان طريقة معايرة السعة الحرارية ومعايرة الجهاز باستخدام مواد قياسية مثل حمض البنزويك.
العينات والأدوات التجريبية
العينات التجريبية: مواد صلبة قابلة للاحتراق
الأدوات التجريبية: مسعر SH500، متوافق مع GB/T 384
الإجراءات التجريبية
1. تحضير الجهاز والمعايرة:
فحص المسعر الحراري بالقنبلة الأكسجينية: التأكد من أن الجدار الداخلي للقنبلة الأكسجينية نظيف وخالٍ من البقايا؛ التحقق مما إذا كان سلك الإشعال (سلك النيكل كروم) سليمًا وما إذا كانت الأقطاب الكهربائية على اتصال جيد.
معايرة السعة الحرارية: استخدم حمض البنزويك (القيمة الحرارية القياسية: 26450 J/g) كمادة معايرة. زن 0.5 ~ 1.0 جم (بدقة 0.0001 جم) وضعه في بوتقة القنبلة الأكسجينية. أضف 10 مل من الماء المقطر إلى القنبلة الأكسجينية، واملأها بالأكسجين بضغط 2.6 ~ 3.3 ميجا باسكال، واتركها لمدة 5 دقائق لطرد الهواء. ضع القنبلة الأكسجينية في الأسطوانة الداخلية للمسعر، وأضف 2000 جم من الماء المقطر (فرق درجة الحرارة مع درجة الحرارة المحيطة ≤ 1 درجة مئوية)، وابدأ التحريك وجمع درجة الحرارة. قم بتشغيل الطاقة للإشعال، وسجل تغير درجة حرارة الماء، واحسب السعة الحرارية (C). كرر العملية 3 مرات وخذ القيمة المتوسطة؛ يجب أن يكون انحراف السعة الحرارية ≤ 0.5%.
2. تحضير العينة
معالجة العينة الصلبة: اطحن المادة الصلبة القابلة للاحتراق (مثل الفحم، حبيبات الكتلة الحيوية) إلى حجم جسيمات
< 0.2 مم لضمان التوحيد؛ زن 0.5 ~ 1.0 جم من العينة (بدقة 0.0001 جم) وضعها في بوتقة جافة.التحكم في الرطوبة: إذا كانت العينة تحتوي على رطوبة، فجففها عند 105 درجة مئوية حتى يصبح الوزن ثابتًا لتجنب تأثير تبخر الرطوبة على حساب القيمة الحرارية.
شحن القنبلة الأكسجينية والإشعال
3. عملية شحن الأكسجين: ضع بوتقة العينة في القنبلة الأكسجينية، وأضف 10 مل من الماء المقطر (لإذابة نواتج الاحتراق)، وقم بتركيب سلك الإشعال واجعله يلامس العينة. املأ القنبلة الأكسجينية بالأكسجين بضغط 2.8 ~ 3.0 ميجا باسكال، واتركها لمدة 5 دقائق لطرد الهواء، مع التأكد من عدم ترك أي بقايا هواء.
الإشعال والاحتراق: ضع القنبلة الأكسجينية في الأسطوانة الداخلية للمسعر، وأضف 2000 جم من الماء المقطر، وابدأ التحريك وجمع درجة الحرارة. قم بتشغيل الطاقة للإشعال، وسجل تغير درجة حرارة الماء (الفترة الأولية، الفترة الرئيسية، الفترة النهائية)، والتقط أقصى نقطة لدرجة الحرارة خلال الفترة الرئيسية. بعد الاحتراق، تحقق من عدم وجود بقايا غير محترقة في القنبلة الأكسجينية؛ وإلا، يجب تكرار الاختبار.
النتائج التجريبية
تتوافق هذه التجربة بدقة مع معيار GB/T 384-2025. تبلغ القيمة الحرارية الصافية المقاسة لعينة الفحم 17780.83 J/g (4247.6 كيلو كالوري/كجم)، مع إمكانية تكرار جيدة وبيانات موثوقة.
