Вычисление теплоты сгорания

По данным, полученным при сжигании бензойной кислоты, вычисляют фактическую теплоемкость калориметра К по формуле

, кал/град,

где Q₁=q₁G₁ - количество теплоты, выделившейся при сгорании бензойной кислоты (q₁ - теплота сгорания бензойной кислоты 6320 кал/г; G₁ - навеска бензойной кислоты, г), кал;

Q₂=q₂G₂ - количество теплоты, выделившейся при сгорании запальной проволоки (q₂ - теплота сгорания проволоки железной 1600, никелиновой 775, константановой 750, медной 600 кал/г; G₂ - вес сгоревшей проволоки, г), кал;

Q₃=q₃V - количество теплоты, выделившейся при образовании и растворении в воде азотной кислоты (q₃ - теплота образования и растворения в воде азотной кислоты, эквивалентной 1 см³ 0,1 н. раствора едкого натра, 1,43 кал/см³; V - объем едкого натра, израсходованный на титрование смыва бомбы, см³), кал;

t_n- конечная температура главного периода по шкале термометра, град;

h_n- поправка на калибр термометра при температуре по шкале термометра, град;

t₀ - начальная температура главного периода по шкале термометра, град;

h₀ - поправка на калибр термометра при температуре по шкале термометра, град;

Dt - поправка на теплообмен калориметра с окружающей средой по шкале термометра, град;

где v₁ - среднее изменение температуры за полуминутный промежуток в начальном периоде по шкале термометра, град;

v₂ - среднее изменение температуры за прлуминутный промежуток в конечном периоде по шкале термометра, град;

m - число полуминутных промежутков главного периода с быстрым подъемом температуры (0,3⁰ С и более за полминуты; для отходов обогащения 0,1⁰ С и более), к которым всегда относят первый промежуток независимо от величины подъема температуры;

r - число полуминутных промежутков главного периода с медленным подъемом температуры; Н - значение градуса по шкале термометра в градусах стоградусной шкалы (при работе с термометром постоянного наполнения Н = 1,000⁰ C).

Общий подсчет результатов калориметрического испытания аналитической пробы угля производят по формуле

где - теплота сгорания в бомбе аналитической пробы угля, кал/г;

G - навеска испытуемого угля, г.

Остальные значения букв см. предыдущую формулу.

При сгорании одной весовой части водорода образуется девять весовых частей воды, откуда общее количество конденсирующейся в бомбе воды равно (W+9H), % к навеске, а количество выделяющегося при этом тепла равно 6 (W+9Н), кал.

Количество серы, перешедшей в бомбе в серную кислоту, определяют экспериментально. Теплота перехода двуокиси серы в серную кислоту и ее растворение в воде составляет 22,5 кал на 1% серы.

Пересчет теплоты сгорания аналитической пробы угля производят по формулам:

высшая теплота сгорания

, кал/кг

низшая теплота сгорания

, кал/кг

где Q^a_S - теплота сгорания аналитической пробы угля в бомбе, кал/г;

S^a_t - количество серы, перешедшей в серную кислоту, % от навески;

a - коэффициент для расчета теплоты образования и растворения в воде азотной кислоты (0,001 - для тощих углей и антрацитов; 0,0015 - для остальных углей);

W^a - содержание влаги в навеске, %;

Н^a - содержание водорода в навеске, %.

Содержание водорода в неокисленнык каменных углях и антрацитах с выходом летучих веществ не менее 4% можно определять графически. Кривая для определения водорода по выходу летучих показана на рис. 37.

Рис.37. Кривая зависимости между выходом летучих веществ и содержанием водорода в углях

Для антрацитов с выходом летучих веществ менее 4% содержание водорода принимают 1,8%; для среднеазиатских газовых углей 5%; для бурых углей Сахалина и Приморья 5,7%; украинских 6%; среднеазиатских (кроме ленгеровских) 3,9%;- прочих бурых углей 5%.

Теплоту сгорания аналитической пробы угля пересчитывают на рабочую, сухую и условную горючую массы угля:

Для вычисления теплоты сгорания берут результаты испытания двух параллельных навесок. При расхождении результатов испытаний более чем на 20 кал производят третье испытание и за окончательный результат принимают среднее арифметическое из двух определений, расхождения между которыми не выше указанной нормы. Для каменных углей, имеющих теплоту сгорания менее 3500 кал/г и содержание серы более 4%, расхождения при параллельных определениях допускаются 30 кал. Для разных лабораторий результаты определения теплоты сгорания высшей (Q_S^daf) по дубликатам одной аналитической пробы могут иметь расхождения не более 40 кал.

Форма записи результатов калориметрического испытания угля приведена в табл. 14.

Таблица 14.

Форма записи результатов калориметрического испытания угля

Начальный период	Главный период	Конечный период
№ по порядку полуминут	показания по шкале термометра	№ по порядку полуминут	показания по шкале термометра	№ по порядку полуминут	показания по шкале термометра
	17,934		18,44		20,630
			19,50		20,629
	17,938		20,10		20,627
			20,41		20,626
	17,943		20,54		20,625
			20,592		20,623
	17,947		20,615		20,622
			20,626		20,620
	17,952		20,632		20,619
			20,633		20,618
10 (запал)	17,956		20,632

глава 11. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССОВОЙ ДОЛИ БИТУМА И ЕГО АНАЛИЗ

В составе битумов, т. Е. Веществ извлекаемых из углей растворителями, имеются углеводороды, свободные органические кислоты, эфиры и смолистые вещества. Битум находит широкое применение в ряде отраслей промышленности и определение содержания его в углях представляет не только теоретический, но и практический интерес.

Наиболее ценной частью битума является восковая, смолистые же примеси ухудшают качество битума, придавая ему темный цвет и липкость. Поэтому анализ углей на содержание битума не ограничивают лишь количественным определением, но приводят и его характеристику.

1. Лабораторный метод определения массовой доли битумов

Экстрагирование битума из бурых углей проводят бензолом по ГОСТ 10969 - 74. Бензол отгоняют из раствора, полученный экстракт высушивают до постоянной массы.

Для испытания применяется экстракционный прибор (рис. 38). В патрон, сделанный из двух слоев фильтровальной бумаги, помещают 10 г аналитической пробы угля (взвешивание с точностью до 0,2 мг). Навеска закрывается кружочком фильтровальной бумаги или ваты. Патрон помещается в сетчатый цилиндр, который подвешивается, как показано на рисунке. Колбу с 150 мл бензола нагревают на водяной (или песчаной) бане, пары бензола конденсируются в холодильнике и стекают в патрон, благодаря чему происходит экстракция, опыт длится 3 ч. Раствор переливают во взвешенную коническую колбу и отгоняют из него бензол. Остатки бензола удаляются из экстракта в вакуумном сушильном шкафу при 50 - 60⁰ и остаточном давлении 66,5 - 133 гПа (или в сушильном шкафу при 85 - 90⁰ С).

Выход (в %) бензольного экстракта

В = G₁100/G,

где G₁ и G - навеска угля и масса экстракта, г.

Выход (в %) бензольного экстракта из сухой пробы угля

В^d = B100/(100 - W^a),

где W^a - влага аналитической пробы.

Рис. 38. Экстракционный прибор для определения битумов: 1 – коническая колба на 500 мл; 2 – цилиндр из латунной проволочной сетки; 3 – подвеска цилиндра; 4 – шлиф для соединения колбы с холодильником; 5 – холодильник

Рис. 39. Укрупненный лабораторный экстрактор: 1 – экстрактор; 2, 11 – водяная баня; 3 – решетчатая подставка; 4, 6, 8 – металлические трубки; 5 – делительная воронка; 7 – испаритель; 9 – холодильник; 10, 12 – краны