Лабораторная работа № 4 Определение теплоты сгорания твердого топлива
Цель работы: определение высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания твердого топлива аналитической пробы.
Приборы и оборудование: калориметр сжигания с бомбой жидкостный типа Рhywe; бомба с клапаном в верхней части; аппаратура Соbra для регистрации температуры в калориметрическом сосуде; тигель из кварца диаметром основания 15–20 мм, высотой 15 мм, толщиной стенок 1–1,5 мм; кислород подводящий шланг со штуцером; редуктор кислородный с манометром низкого давления на 0–5 МПа для измерения давления в бомбе; пинцет для закрепления проволоки для запала на внутренней арматуре бомбы; проволока для запала (константановая неизолированная мягкая диаметром 0,1–0,15 мм с удельной теплотой сгорания 3140 кДж/кг, медная круглая электротехническая марки ММ диаметром 0,1–0,15 мм с удельной теплотой сгорания 2510 кДж/кг, никелевая диаметром 0,1–0,2 мм с удельной теплотой сгорания 3240 кДж/кг, железная или стальная диаметром 0,1–0,2 мм с удельной теплотой сгорания 7500 и 6690 кДж/кг); матрица-пресс для брикетирования навески топлива; весы микроаналитические с пределом взвешивания до 0,001 г; вода дистиллированная; кислород в баллоне газообразный технический или медицинский.
Общие сведения
Метод основан на полном сжигании массы испытуемого топлива в калориметрической бомбе в изотермическом режиме при постоянном объеме в среде сжатого кислорода. После этого измеряется подъем температуры калориметрического сосуда за счет теплоты, выделившейся при сгорании топлива и вспомогательных веществ, а также при образовании водных растворов азотной и серной кислот в условиях испытания.
Описание экспериментальной установки
Установка состоит из двустенного калориметрического сосуда, изготовленного из стекла, находящегося на подставке; бомбы с клапанами в верхней части, выполненной из толстостенной кислотоупорной стали; магнитной мешалки, обеспечивающей вертикальное перемешивание жидкости внутри калориметрического сосуда; аппаратуры для непрерывной регистрации температуры калориметрической жидкости; блока питания с соединительными проводами; кислородоподводящей трубки со штуцером, фиксирующейся к соединительному клапану бомбы; кислородного баллона с редуктором высокого и низкого давления (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Схема экспериментальной установки: 1 – калориметрический сосуд; 2 – бомба; 3 – магнитная мешалка; 4 – аппаратура регистрации температуры калориметрической жидкости; 5 – блок питания; 6 – кислородопроводящая трубка; 7 – редуктор высокого и низкого давления
На рис. 4.2 показана схема бомбы калориметра, которая состоит из толстостенного стакана (1), закрываемого приставной герметичной крышкой (3).
Рис. 4.2. Схема бомбы калориметра: 1 – стакан; 2 – прокладка-кольцо; 3 – крышка; 4 – контакты цепи зажигания; 5 – регулировочный вентиль; 6 – соединительный клапан; 7 – диэлектрическое волокно; 8 – токоведущие штифты; 9 – вертикальные зажимы проволоки; 10 – отверстия крепления проволоки; 11 – тигель сгорания; 12 – узел крепления тигля
Необходимую герметичность между стаканом и приставной крышкой создает прокладка-кольцо (2), фиксируемое хомутом при помощи винта-барашка. Крышка бомбы снабжена двумя отверстиями. Одно отверстие закрывается регулировочным вентилем (5) на резьбе сверху со стороны боковой поверхности крышки. Вентиль, закрывающий отверстие (5), служит для соединения бомбы с кислородным баллоном. Кислород по шлангу через соединительный клапан (6) поступает во внутрь бомбы. Запальная проволока с образцом сжигания крепится в отверстиях крепления для проволоки (10), которые находятся на никелевых токоведущих штифтах (8), фиксируемая вертикальными зажимами для проволоки (9).
Под образцом в узел крепления тигля (12) крепится тигель сгорания (11). Соединительные провода блока питания подводятся к контактам цепи зажигания (4), которые соединены с токоведущими штифтами (8), основание которых защищено диэлектрическим волокном (7).