روش تعیین ارزش حرارتی سوخت های جامد

روش تعیین ارزش حرارتی مواد قابل احتراق جامد

مواد قابل احتراق جامد به مواد جامدی اطلاق می‌شود که در صورت تماس با آتش، منابع حرارتی، ضربه یا اصطکاک می‌توانند مشتعل شوند. این مواد طیف گسترده‌ای از انواع مختلف را شامل می‌شوند، از ملزومات روزمره تا مواد اولیه صنعتی، مانند چوب، کاغذ و منسوجات.

ویژگی‌های کلیدی

قابلیت اشتعال: به راحتی و به سرعت در تماس با منابع آتش مشتعل می‌شوند و شعله به سرعت گسترش می‌یابد.

خطر: احتراق ممکن است مواد سمی تولید کند و خاموش کردن آتش می‌تواند دشوار باشد (به عنوان مثال، پودرهای فلزی ممکن است در صورت قرار گرفتن در معرض آب، واکنش‌ها را تشدید کنند).

تنوع: شامل مواد خود واکنشی، مواد منفجره پایدار و غیره.

انواع رایج:

جامدات طبیعی: چوب، پیت، لیگنیت، زغال سنگ بیتومینه، آنتراسیت، شیل نفتی و غیره.

جامدات فرآوری شده: زغال چوب، کک، بریکت، گلوله زغال سنگ و غیره.

جامدات خاص: الکل جامد، سوخت موشک جامد و غیره.

اهداف آزمایش:

1. تعیین ارزش حرارتی: اندازه‌گیری دقیق گرمای آزاد شده در طول احتراق کامل مواد قابل احتراق جامد (به عنوان مثال، چوب، زغال سنگ) با استفاده از تجهیزاتی مانند کالری‌سنج بمب اکسیژن. این یک شاخص اصلی برای ارزیابی کیفیت سوخت است.

2. تسلط بر تکنیک‌های آزمایشگاهی: یادگیری روش‌های عملیاتی کالری‌سنج بمب اکسیژن، از جمله مراحل کلیدی مانند شارژ اکسیژن، اشتعال و اندازه‌گیری دما. درک تفاوت بین گرمای احتراق و ارزش حرارتی و شناسایی منابع خطا که نیاز به اصلاح در آزمایش دارند (به عنوان مثال، احتراق سیم اشتعال، جذب گرما توسط دستگاه).

3. درک اصول دستگاه: آشنایی با ساختار کالری‌سنج بمب اکسیژن (به عنوان مثال، سیلندر بمب، حسگر دما، همزن)؛ تسلط بر روش کالیبراسیون ظرفیت حرارتی و کالیبره کردن دستگاه با استفاده از مواد استاندارد مانند اسید بنزوئیک.

نمونه‌ها و ابزارهای آزمایش

نمونه‌های آزمایش: مواد قابل احتراق جامد

ابزارهای آزمایش: کالری‌سنج SH500، مطابق با GB/T 384

روش‌های آزمایش

1. آماده‌سازی و کالیبراسیون دستگاه:

بازرسی کالری‌سنج بمب اکسیژن: اطمینان از تمیز بودن دیواره داخلی بمب اکسیژن و عاری بودن از باقیمانده‌ها؛ بررسی سالم بودن سیم اشتعال (سیم نیکروم) و تماس خوب الکترودها.

کالیبراسیون ظرفیت حرارتی: استفاده از اسید بنزوئیک (ارزش حرارتی استاندارد: 26450 J/g) به عنوان ماده کالیبراسیون. وزن کردن 0.5 تا 1.0 گرم (دقیق تا 0.0001 گرم) و قرار دادن آن در بوته بمب اکسیژن. افزودن 10 میلی‌لیتر آب مقطر به بمب اکسیژن، پر کردن آن با اکسیژن تا فشار 2.6 تا 3.3 مگاپاسکال و اجازه دادن به مدت 5 دقیقه برای تخلیه هوا. قرار دادن بمب اکسیژن در سیلندر داخلی کالری‌سنج، افزودن 2000 گرم آب مقطر (تفاوت دما با دمای محیط ≤ 1 درجه سانتی‌گراد)، شروع هم زدن و جمع‌آوری دما. روشن کردن برای اشتعال، ثبت تغییر دمای آب و محاسبه ظرفیت حرارتی (C). تکرار عملیات 3 بار و میانگین‌گیری؛ انحراف ظرفیت حرارتی باید ≤ 0.5٪ باشد.

2. آماده‌سازی نمونه

تیمار نمونه جامد: خرد کردن ماده قابل احتراق جامد (به عنوان مثال، زغال سنگ، گلوله‌های زیست توده) به اندازه ذرات < 0.2 میلی‌متر برای اطمینان از یکنواختی؛ وزن کردن 0.5 تا 1.0 گرم از نمونه (دقیق تا 0.0001 گرم) و قرار دادن آن در یک بوته خشک.

کنترل رطوبت: اگر نمونه حاوی رطوبت باشد، آن را در دمای 105 درجه سانتی‌گراد تا وزن ثابت خشک کنید تا از تأثیر تبخیر رطوبت بر محاسبه ارزش حرارتی جلوگیری شود.

شارژ و اشتعال بمب اکسیژن

3. عملیات شارژ اکسیژن: قرار دادن بوته نمونه در بمب اکسیژن، افزودن 10 میلی‌لیتر آب مقطر (برای حل کردن محصولات احتراق)، نصب سیم اشتعال و تماس آن با نمونه. پر کردن بمب اکسیژن با اکسیژن تا فشار 2.8 تا 3.0 مگاپاسکال و اجازه دادن به مدت 5 دقیقه برای تخلیه هوا، اطمینان از عدم باقی ماندن هوای باقیمانده.

اشتعال و احتراق: قرار دادن بمب اکسیژن در سیلندر داخلی کالری‌سنج، افزودن 2000 گرم آب مقطر، شروع هم زدن و جمع‌آوری دما. روشن کردن برای اشتعال، ثبت تغییر دمای آب (دوره اولیه، دوره اصلی، دوره نهایی) و ثبت حداکثر نقطه دما در طول دوره اصلی. پس از احتراق، بررسی کنید که هیچ باقیمانده نسوخته‌ای در بمب اکسیژن وجود نداشته باشد؛ در غیر این صورت، آزمایش باید تکرار شود.

نتایج آزمایش

این آزمایش کاملاً با استاندارد GB/T 384-2025 مطابقت دارد. ارزش حرارتی خالص اندازه‌گیری شده نمونه زغال سنگ 17780.83 J/g (4247.6 کیلوکالری/کیلوگرم) است که تکرارپذیری خوبی دارد و داده‌ها قابل اعتماد هستند.