Метод определения теплотворной способности твердых горючих веществ

Метод определения теплотворной способности твердых горючих веществ

Твердые горючие вещества относятся к твердым веществам, которые могут воспламеняться при контакте с огнем, источниками тепла, ударом или трением. Они охватывают широкий спектр типов, начиная от предметов повседневного обихода и заканчивая промышленным сырьем, таким как древесина, бумага и текстиль.

Основные характеристики

Воспламеняемость: Легко и быстро воспламеняются при контакте с источниками огня, с быстрым распространением пламени.

Опасность: Сгорание может производить токсичные вещества, и тушение пожара может быть затруднено (например, металлические порошки могут усиливать реакции при контакте с водой).

Разнообразие: Включая самореагирующие вещества, стабильные взрывчатые вещества и т. д.

Распространенные типы：

Природные твердые вещества: Древесина, торф, лигнит, каменный уголь, антрацит, горючие сланцы и т. д.

Обработанные твердые вещества: Древесный уголь, кокс, брикеты, угольные шарики и т. д.

Специальные твердые вещества: Твердый спирт, твердое ракетное топливо и т. д.

Цели эксперимента：

1. Определение теплотворной способности: Точное измерение тепла, выделяемого при полном сгорании твердых горючих веществ (например, древесины, угля) с использованием оборудования, такого как калориметры с кислородной бомбой. Это основной показатель для оценки качества топлива.

2. Освоение экспериментальных методик: Изучение рабочих процедур калориметров с кислородной бомбой, включая ключевые этапы, такие как зарядка кислородом, воспламенение и измерение температуры. Понимание разницы между теплотой сгорания и теплотворной способностью, а также выявление источников ошибок, требующих коррекции в эксперименте (например, сгорание воспламенительной проволоки, поглощение тепла прибором).

3. Понимание принципов работы прибора: Ознакомление со структурой калориметров с кислородной бомбой (например, цилиндр бомбы, датчик температуры, мешалка); освоение метода калибровки теплоемкости и калибровка прибора с использованием стандартных веществ, таких как бензойная кислота.

Образцы и приборы для эксперимента

Образцы для эксперимента: Твердые горючие вещества

Приборы для эксперимента: Калориметр SH500, соответствующий GB/T 384

Процедуры эксперимента

1. Подготовка и калибровка прибора：

Проверка калориметра с кислородной бомбой: Убедитесь, что внутренняя стенка кислородной бомбы чистая и не содержит остатков; проверьте, не повреждена ли воспламенительная проволока (нихромовая проволока) и хороший ли контакт электродов.

Калибровка теплоемкости: Используйте бензойную кислоту (стандартная теплотворная способность: 26450 Дж/г) в качестве калибровочного вещества. Взвесьте 0,5~1,0 г (с точностью до 0,0001 г) и поместите в тигель кислородной бомбы. Добавьте 10 мл дистиллированной воды в кислородную бомбу, заполните ее кислородом до давления 2,6~3,3 МПа и дайте постоять 5 минут, чтобы выпустить воздух. Поместите кислородную бомбу во внутренний цилиндр калориметра, добавьте 2000 г дистиллированной воды (разница температур с температурой окружающей среды ≤ 1℃), включите перемешивание и сбор температуры. Включите питание для воспламенения, запишите изменение температуры воды и рассчитайте теплоемкость (C). Повторите операцию 3 раза и возьмите среднее значение; отклонение теплоемкости должно быть ≤ 0,5%.

2. Подготовка образца

Обработка твердого образца: Измельчите твердое горючее вещество (например, уголь, топливные гранулы) до размера частиц < 0,2 мм для обеспечения однородности; взвесьте 0,5~1,0 г образца (с точностью до 0,0001 г) и поместите его в сухой тигель.

Контроль влажности: Если образец содержит влагу, высушите его при 105℃ до постоянного веса, чтобы избежать влияния испарения влаги на расчет теплотворной способности.

Зарядка кислородной бомбы и воспламенение

3. Операция зарядки кислородом: Поместите тигель с образцом в кислородную бомбу, добавьте 10 мл дистиллированной воды (для растворения продуктов сгорания), установите воспламенительную проволоку и обеспечьте ее контакт с образцом. Заполните кислородную бомбу кислородом до давления 2,8~3,0 МПа и дайте постоять 5 минут, чтобы выпустить воздух, убедившись, что остатков воздуха не осталось.

Воспламенение и сгорание: Поместите кислородную бомбу во внутренний цилиндр калориметра, добавьте 2000 г дистиллированной воды, включите перемешивание и сбор температуры. Включите питание для воспламенения, запишите изменение температуры воды (начальный период, основной период, конечный период) и зафиксируйте максимальную точку температуры в течение основного периода. После сгорания убедитесь, что в кислородной бомбе не осталось несгоревших остатков; в противном случае испытание необходимо повторить.

Результаты эксперимента

Этот эксперимент строго соответствует стандарту GB/T 384-2025. Измеренная низшая теплотворная способность образца угля составляет 17 780,83 Дж/г (4247,6 ккал/кг), с хорошей повторяемостью и надежными данными.