Проведение калориметрического испытания

Предварительно для каждого калориметра должна быть определена его фактическая теплоемкость - количество тепла, необходимое для нагревания на 1⁰ С калориметрической системы, состоящей из калориметрической бомбы, помещенной в сосуд с водой, мешалки и термометра при данной глубине его погружения.

Фактическую теплоемкость калориметра определяют сжиганием в бомбе навески эталонной бензойной кислоты, теплота сгорания которой заранее известна (6320 кал/г), и замером изменяющейся при этом температуры калориметрической системы.

В калориметрический сосуд наливают дистиллированную воду в таком количестве, чтобы несамоуплотняющаяся бомба после установки на дно сосуда была погружена в воду до 2/3 высоты контргаек вентилей. Самоуплотняющаяся бомба должна быть покрыта водой до нижнего края колпачка (см. рис. 33).

Количество воды в калориметрическом сосуде при последующих определениях теплоты сгорания угля должно быть тем же самым, что и при определении фактической теплоемкости калориметра.

Испытания проводят в следующем порядке. Берут навеску 1 ± 0,1 г бензойной кислоты, спрессовывают ее и взвешивают с точностью до 0,0002 г в чашечке для сжигания (вес которой предварительно определен). Поместив чашечку с брикетом в кольцо токоведущего стержня, один конец запальной проволоки присоединяют к трубке 12, а другой к токоведущему стержню 18 (рис. 33). Наливают в стакан бомбы 1 мл дистиллированной воды, закрывают и завинчивают бомбу крышкой.

Осторожно наполняют бомбу кислородом, до давления 25 - 30 кг/см² не вытесняя из нее воздуха, наблюдая за равномерностью подачи кислорода по манометру, установленному на редукторе кислородного баллона.

Заполнив бомбу кислородом, отключают подводящую кислород трубку и отверстия в крышке бомбы закрывают резьбовыми пробками. Устанавливают калориметрический сосуд на изоляционную подставку. Чтобы иметь возможно меньшую поправку на радиацию, температура воды в сосуде должна быть ниже температуры воды в оболочке на 0,5 - 1,5⁰ С. Для получения требуемой температуры воду разбавляют соответственно более теплой или более холодной водой при непрерывном ее помешивании (термометром). Бомбу погружают в калориметрический сосуд (не касаясь пальцами воды). В случае выделения из бомбы пузырьков кислорода испытание отменяют и проверяют герметичность вентилей и прокладки. Если бомба герметична, включают подводку тока запальной цепи напряжением 12 в и устанавливают мешалку и термометр. Проверяют правильность сборки отдельных частей калориметрической установки (термометра и стенок сосуда; положения ртутного резервуара термометра, середина которого должна находиться на высоте половины части бомбы, погруженной в воду; перемешивающие части мешалки должны быть в воде). Осторожно закрывают сосуд крышкой так, чтобы не внести каких-либо нарушений в положение отдельных частей установки.

В процессе самого испытания можно отметить три периода:

1-й - начальный, предшествующий сжиганию навески, когда производится учет теплообмена данной калориметрической установки с окружающей средой при начальной температуре испытания;

2-й - главный, во время которого сгорает навеска и при передаче тепла калориметрической системы происходит выравнивание температуры всех ее частей;

3-й - конечный, служащий для учета теплообмена калориметрической установки при заключительной температуре испытания.

Испытание начинают через 5 - 10 мин после начала перемешивания воды в калориметрическом сосуде, когда выровняется температура всех частей калориметрической установки. Отсчеты температуры (по шкале термометра) делают в 1-м периоде каждую минуту, всего 5 отсчетов за 5 мин (точностью до 0,001⁰ С). Моменты отсчетов определяют по секундомеру.

Тысячные доли градуса отсчитывают при помощи лупы или короткофокусной трубы, деля “на глаз” промежутки между двумя соседними делениями термометра на 10 равных частей. Чтобы преодолеть действие капиллярных сил, препятствующих равномерному перемещению мениска ртути, перед отсчетом температуры легонько постукивают по термометру тонкой палочкой с резиновым или пробковым наконечником. В момент последнего отсчета начального периода замыкают ток запальной цепи, присоединенной к зажимам бомбы, в результате чего запал и навеска бензойной кислоты сгорают.

Во 2-м периоде отсчеты производят каждые полминуты и считают этот период законченным при поступлении равномерного изменения температуры воды в сосуде в полуминутные промежутки. Если возникают сомнения в окончании главного периода, увеличивают продолжительность относимых к нему отсчетов на 1 - 2 мин.

Отсчеты в главном периоде производят с точностью до 0,1⁰ С при повышении температуры за полминуты больше, чем на 0,5⁰ С, с точностью до 0,01⁰ С при повышении температуры за этот же период от 0,1 до 0,5⁰ С и с точностью до 0,001⁰ С при повышении температуры за полминуты менее чем на 0,1⁰ С.

В 3-м конечном периоде производят через каждые полминуты 10 отсчетов при равномерном изменении температуры с точностью до 0,001⁰ С.

По окончании испытания выключают мешалку, отсоединяют провода, приподнимают и вытирают термометр, вынимают и вытирают бомбу и, осторожно открыв вентиль, выпускают в течение 5 мин газы. Отвинчивают и снимают крышку с бомбы, осматривают ее и при наличии сажистого налета опыт бракуют. При отсутствии сажистого налета тщательно промывают дистиллированной горячей водой крышку и стакан бомбы, чашечку и все внутренние части бомбы, оба вентиля и трубку для впуска кислорода, собирая промывочные воды (150 - 200 мл) в стакан. Последний накрывают часовым стеклом и кипятят воду в течение 5 мин. Затем приливают 2 капли в стакан фенолфталеина, титруют содержимое стакана 0,1 н раствором едкого натра до появления неисчезающего розового окрашивания жидкости, определяя содержание образовавшейся во время опыта азотной кислоты (1 мл израсходованного на титрование едкого натра соответствует 1,43 кал тепла, выделившегося при образовании и растворении азотной кислоты).

Стакан и крышку бомбы вытирают изнутри чистым сухим полотенцем. Вентили до следующего испытания оставляют открытыми и в конце рабочего дня продувают их подогретым воздухом.

Сжигание навески угля в бомбе для определения теплоты сгорания проводят так же, как сжигание бензойной кислоты для определения фактической теплоемкости калориметра. Дно чашечки для сжигания навески покрывают слоем прокаленного волокнистого асбеста.

Перед взятием навески аналитическую пробу угля перемешивают в открытой банке шпателем или ложечкой по возможности на полную глубину. Затем из двух-трех мест пробы берут навеску для испытания 0,8 - 1 - 5 г. Для многозольного угля навеску надо брать более 1 г, для малозольного - менее 1 г. Перед сжиганием уголь брикетируют (впрессовывая в брикет запальную проволочку). Уголь с зольностью более 35%, а также антрациты и другие небрикетирующиеся угли сжигают в виде порошка.

Если после сжигания наблюдаются частицы угля на дне бомбы, то делают повторное испытание.

По окончании опыта смыв бомбы доводят до 150 - 200 мл.