วิธีการหาค่าความร้อนของเชื้อเพลิงแข็ง

วิธีการหาค่าความร้อนของเชื้อเพลิงแข็ง

เชื้อเพลิงแข็งหมายถึงสารแข็งที่สามารถติดไฟเมื่อสัมผัสกับไฟ แหล่งความร้อน แรงกระแทก หรือแรงเสียดทาน ครอบคลุมหลากหลายประเภท ตั้งแต่สิ่งจำเป็นในชีวิตประจำวันไปจนถึงวัตถุดิบอุตสาหกรรม เช่น ไม้ กระดาษ และสิ่งทอ

ลักษณะสำคัญ

การติดไฟ: ติดไฟได้ง่ายและรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับแหล่งกำเนิดไฟ มีการลุกลามของเปลวไฟอย่างรวดเร็ว

อันตราย: การเผาไหม้อาจทำให้เกิดสารพิษ และการดับเพลิงอาจเป็นเรื่องยาก (เช่น ผงโลหะอาจเพิ่มปฏิกิริยาเมื่อสัมผัสกับน้ำ)

ความหลากหลาย: รวมถึงสารที่ทำปฏิกิริยาได้เอง วัตถุระเบิดที่เสถียร ฯลฯ

ประเภททั่วไป:

ของแข็งจากธรรมชาติ: ไม้ พีท ลิกไนต์ ถ่านหินบิทูมินัส แอนทราไซต์ หินน้ำมัน ฯลฯ

ของแข็งแปรรูป: ถ่าน ชาร์โคล โค้ก อัดก้อน ถ่านหิน ฯลฯ

ของแข็งพิเศษ: แอลกอฮอล์แข็ง เชื้อเพลิงจรวดแข็ง ฯลฯ

วัตถุประสงค์การทดลอง:

1. หาค่าความร้อน: วัดความร้อนที่ปล่อยออกมาอย่างแม่นยำระหว่างการเผาไหม้สมบูรณ์ของเชื้อเพลิงแข็ง (เช่น ไม้ ถ่านหิน) โดยใช้อุปกรณ์ เช่น เครื่องวัดแคลอรีมิเตอร์แบบบอมบ์ออกซิเจน นี่คือตัวบ่งชี้หลักในการประเมินคุณภาพเชื้อเพลิง

2. เชี่ยวชาญเทคนิคการทดลอง: เรียนรู้ขั้นตอนการทำงานของเครื่องวัดแคลอรีมิเตอร์แบบบอมบ์ออกซิเจน รวมถึงขั้นตอนสำคัญ เช่น การเติมออกซิเจน การจุดระเบิด และการวัดอุณหภูมิ ทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างความร้อนจากการเผาไหม้และค่าความร้อน และระบุแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดที่ต้องแก้ไขในการทดลอง (เช่น การเผาไหม้ของลวดจุดระเบิด การดูดซับความร้อนโดยเครื่องมือ)

3. ทำความเข้าใจหลักการของเครื่องมือ: ทำความคุ้นเคยกับโครงสร้างของเครื่องวัดแคลอรีมิเตอร์แบบบอมบ์ออกซิเจน (เช่น กระบอกสูบบอมบ์ เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ เครื่องกวน) เชี่ยวชาญวิธีการสอบเทียบความจุความร้อน และสอบเทียบเครื่องมือโดยใช้สารมาตรฐาน เช่น กรดเบนโซอิก

ตัวอย่างและเครื่องมือการทดลอง

ตัวอย่างการทดลอง: เชื้อเพลิงแข็ง

เครื่องมือการทดลอง: เครื่องวัดแคลอรีมิเตอร์ SH500 เป็นไปตามมาตรฐาน GB/T 384

ขั้นตอนการทดลอง

1. การเตรียมและการสอบเทียบเครื่องมือ:

การตรวจสอบเครื่องวัดแคลอรีมิเตอร์แบบบอมบ์ออกซิเจน: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าผนังด้านในของบอมบ์ออกซิเจนสะอาดและไม่มีสารตกค้าง ตรวจสอบว่าลวดจุดระเบิด (ลวดนิโครม) อยู่ในสภาพสมบูรณ์และขั้วไฟฟ้าสัมผัสกันได้ดี

การสอบเทียบความจุความร้อน: ใช้กรดเบนโซอิก (ค่าความร้อนมาตรฐาน: 26450 J/g) เป็นสารสอบเทียบ ชั่งน้ำหนัก 0.5~1.0 กรัม (แม่นยำถึง 0.0001 กรัม) และวางในเบ้าหลอมบอมบ์ออกซิเจน เติมน้ำกลั่น 10 มล. ลงในบอมบ์ออกซิเจน เติมออกซิเจนให้มีความดัน 2.6~3.3 MPa และปล่อยทิ้งไว้ 5 นาทีเพื่อไล่อากาศ วางบอมบ์ออกซิเจนในกระบอกสูบด้านในของเครื่องวัดแคลอรีมิเตอร์ เติมน้ำกลั่น 2000 กรัม (ผลต่างอุณหภูมิกับอุณหภูมิแวดล้อม ≤ 1℃) เริ่มกวนและเก็บอุณหภูมิ เปิดเครื่องเพื่อจุดระเบิด บันทึกการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของน้ำ และคำนวณความจุความร้อน (C) ทำซ้ำ 3 ครั้งและหาค่าเฉลี่ย ค่าเบี่ยงเบนของความจุความร้อนต้อง ≤ 0.5%

2. การเตรียมตัวอย่าง

การเตรียมตัวอย่างของแข็ง: บดเชื้อเพลิงแข็ง (เช่น ถ่านหิน เม็ดชีวมวล) ให้มีขนาดอนุภาค < 0.2 มม. เพื่อให้แน่ใจว่ามีความสม่ำเสมอ ชั่งน้ำหนักตัวอย่าง 0.5~1.0 กรัม (แม่นยำถึง 0.0001 กรัม) และวางในเบ้าหลอมแห้ง

การควบคุมความชื้น: หากตัวอย่างมีความชื้น ให้ทำให้แห้งที่ 105℃ จนถึงน้ำหนักคงที่ เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบจากการระเหยของความชื้นต่อการคำนวณค่าความร้อน

การเติมออกซิเจนและการจุดระเบิดแบบบอมบ์

3. การดำเนินการเติมออกซิเจน: วางเบ้าหลอมตัวอย่างลงในบอมบ์ออกซิเจน เติมน้ำกลั่น 10 มล. (เพื่อละลายผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้) ติดตั้งลวดจุดระเบิดและทำให้สัมผัสกับตัวอย่าง เติมออกซิเจนลงในบอมบ์ออกซิเจนให้มีความดัน 2.8~3.0 MPa และปล่อยทิ้งไว้ 5 นาทีเพื่อไล่อากาศ เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีอากาศเหลืออยู่

การจุดระเบิดและการเผาไหม้: วางบอมบ์ออกซิเจนในกระบอกสูบด้านในของเครื่องวัดแคลอรีมิเตอร์ เติมน้ำกลั่น 2000 กรัม เริ่มกวนและเก็บอุณหภูมิ เปิดเครื่องเพื่อจุดระเบิด บันทึกการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของน้ำ (ช่วงเริ่มต้น ช่วงหลัก ช่วงสุดท้าย) และจับภาพจุดอุณหภูมิสูงสุดในช่วงหลัก หลังจากการเผาไหม้ ตรวจสอบว่าไม่มีสารตกค้างที่ไม่ได้เผาไหม้ในบอมบ์ออกซิเจน มิฉะนั้น จะต้องทำการทดสอบซ้ำ

ผลการทดลอง

การทดลองนี้เป็นไปตามมาตรฐาน GB/T 384-2025 อย่างเคร่งครัด ค่าความร้อนสุทธิที่วัดได้ของตัวอย่างถ่านหินคือ 17,780.83 J/g (4247.6 kcal/kg) โดยมีความสามารถในการทำซ้ำได้ดีและข้อมูลที่เชื่อถือได้