1. Wyjaśnij pojęcia:
· Ciepło spalania
· Wartość opałowa
2. Klasyfikacja paliw
3. Przygotowanie próbki paliwa do oznaczenia ciepła spalania.
4. Przebieg pomiaru z wykorzystaniem bomby kalorymetrycznej:
· Wymiana ciepła z otoczeniem
· Pojemność cieplna kalorymetru
· Rodzaj analizowanych paliw
5. Cel oznaczania ciepła spalania i wartości opałowej.
Ciepło spalania- ilość ciepła, jaka wydziela się przy spalaniu jednostki masy lub jednostki objętości paliwa przy jego całkowitym i zupełnym spaleniu, jeśli wszystkie produkty spalania wracają do temperatury początkowej w takim stanie skupienia, w jakim znajdują się w stanie równowagi trwałej. (ostatnia część def oznacza, że w szczególności para wodna znajdująca się w spalinach w wyniku spalania wodoru musi ulec skropleniu).
Wartością opałową nazywa się efekt cieplny reakcji spalania w temperaturze 0oC, lecz w tym przypadku, gdy para wodna znajdująca się w spalinach nie ulegnie skropleniu (warunek umowny).
Wu = Wt – r ( K + w)Gdzie:Wt – ciepło spalania, Wu – wartość opałowa, r – ciepło parowania wody w temp 0oC, K – ilość wody, jaka wywiązuje się przy spalaniu, w – zawartość wilgoci w paliwie.
Klasyfikacja ze względu na stan skupienia:
1. Stałe:
a) Węgiel kamienny (70-88% C), typy węgla kamiennego: Węgiel płomienny gazowo- płomienny, Gazowy, Gazowo- koksowy, Ortokoksowy, Meta koksowy, Semikoksowy, Chudy, Antracytowy, Antracyt (>94% C), Metaantracyt)
b) Palne łupki
c) Koks i półkoks (wielkopiecowy, odlewniczy, generatorowy, opałowy, karbidowy, koksik)
d) Węgiel brunatny
e) Torf
f) Paliwa roślinne (drewno i jego odpady- trociny, strużki, słoma zbożowa, paździerze z lnu i konopi)
g) Paliwa odpadowe
2. Ciekłe:
a) Ropa naftowa
b) Oleje opałowe (mazut)
c) Benzyna
d) Nafta
e) Oleje napędowe
f) Alkohol etylowy lub metylowy (czasem)
3. Gazowe:
a) Gaz ziemny
b) Ze zgazowania paliw stałych (gaz koksowniczy, miejski, wytlewny, wodny, wielkopiecowy, świetlny, generatorowy)
c) Z przetwórstwa ropy naftowej (gaz olejowy, gazy ponaftowe, propan- butan)
d) Biogaz
e) W technice stosuje się (acetylen, etylen, wodór, rzadko metan i inne)
Przygotowanie próbek laboratoryjnych i analitycznych:Z próbki ogólnej, po jej odpowiednim rozdrobnieniu i wymieszaniu, wydziela się średnie próbki laboratoryjne. Wszystkie czynności związane z ich przygotowaniem powinny być prowadzone szybko i takich warunkach, aby paliwo nie zmieniło zawartości wilgoci. Przed oznaczeniem zawartości wilgoci przemijającej próbki powinny być transportowane i przechowywane w szczelnych naczyniach(rys ???).
Bomba kalorymetryczna – grubościenne naczynie wykonane ze stali nierdzewnej umieszczone w kalorymetrze wypełnionym wodą. W naczyniu umieszcza się mała próbkę paliwa, napełnia się je tlenem i następnie spala się próbkę. Ciepło wydzielające się przy tym powoduje wzrost temperatury wody. Znając masę paliwa, masę ogrzanej wody i jej przyrost temp w czasie procesu spalania można bezpośrednio zmierzyć ciepło spalania.
1 – tygielek z badaną próbka2 i 3 – elektrody 4 – wylot spalin5 – pokrywa bomby6 i 7 – zawory (wlotowy i wylotowy)8 – doprowadzenie prądu do elektrodyMetoda wyznaczania ciepła spalania paliw stałych polega na całkowitym i zupełnym spaleniu próbki paliwa w atmosferze tlenu przy określonym ciśnieniu w bombie kalorymetrycznej i pomiarze przyrostu temp wody w naczyniu kalorymetrycznym oraz wyznaczeniu poprawek na dodatkowe efekty cieplne.Oznaczenie dokonuje się na próbce paliwa w postaci pastylki, przygotowanej jako próbka analityczna. Wielkość odważki powinna być tak dobrana, aby po jej spaleniu nastąpił wzrost temp wody w naczyniu kalorymetrycznym o 1,8 – 3,0oC.Wykonaną pastylkę wraz z wprasowanym drucikiem chromonikielinowym waży się z dokładnością do 0,0002 g, a następnie umieszcza w tygielku bomby kalorymetrycznej. Próbka może mieć także postać luźno usypaną lub może znajdować się w woreczku koloidowym lub z bibuły o znanym cieple spalania. Zapłon próbki może nastąpić za pomocą drutu oporowego (śr. Ok. 0,1 mm) wprasowanego w pastylkę lub doprowadzonego do woreczka, albo też za pomocą połączonej z odważką nitki bawełnianej, owiniętej wokół rozpiętego między elektrodami drutu oporowego.Po zamknięciu bombę napełnia się tlenem do odpowiedniego ciśnienia. Bombę umieszcza się w naczyniu kalorymetrycznym. Przewody zapłonowe łączy się z elektrodami bomby, w naczyniu umieszcza się termometr i mieszadło, a całość zamyka się pokrywami. Pomiar kalorymetryczny rozpoczyna się po upływie 5 – 10 min od momentu włączenia mieszadła. Odczyty temp prowadzi się w okresie początkowym przez 5 min, włącza się zapłon prowadząc dalsze odczyty co ½ min aż do zakończenia okresu głównego, a następnie przez 5 min w okresie końcowym. Po zakończeniu pomiaru należy wypuścić spaliny i sprawdzić czy nastąpiło całkowite spalenie próbki paliwa, przepłukać bombę woda destylowaną a uzyskany roztwór ewentualnie miareczkować dla oznaczenia zawartości kwasu siarkowego.
Pojemność cieplną kalorymetru wyznacza się podczas wzorcowania kalorymetru poprzez spalenie próbki wzorcowej substancji o znanym cieple spalania, np. : kwasu benzoesowego, i przeprowadzeniu pomiaru kalorymetrycznego w takich samych warunkach, jak przy oznaczeniu ciepła spalania. Za wynik oznaczenia ciepła spalania przyjmuje się średnią arytmetyczną z co najmniej dwóch oznaczeń, o ile różnica między nimi nie przekracza 167 kJ/kg.Rodzaj analizowanych paliw:W celu wyznaczenia wartości opałowej i ciepła spalania paliw stałych i ciężkich paliw ciekłych stosuje się bomby kalorymetryczne. Do lekkich paliw ciekłych i gazowych paliw – kalorymetry.
Cel oznaczania ciepła spalania i wartości opałowej:Ważną charakterystyką paliwa z pkt widzenia jego wykorzystania jest ilość ciepła jaka wydziela się przy spalaniu. Aby wielkość ta była porównywalna dla różnych paliw, powinna charakteryzować paliwo w sposób jednoznaczny. W praktyce używa się dwóch wielkości charakteryzujących paliwo pod względem energetycznym: ciepło spalania i wartość opałowa.
pitucha123