喷气燃料热值实验室测定研究

2014-03-26 02:05余红伟宋玉苏胡裕龙
实验技术与管理 2014年7期
关键词:脱脂棉正丙醇喷气

魏 徵,余红伟,晏 欣,宋玉苏,胡裕龙

(海军工程大学 理学院化学与材料系,湖北 武汉 430033)

喷气燃料是我军主战飞机的燃油,航空涡轮喷气发动机喷气燃料的热值要高,才能保证发动机获得较大的推力[1-2],因此,测定喷气燃料的热值具有十分重要的意义。利用弹式量热计测量热值的方法和操作比较简单,成功率高,是物理化学实验的一个重要实验项目。何玉萼等[3]、郑秋容等[4]、韩国彬[5]、罗澄源等[6]编写的《物理化学实验》教材,实验内容均为测定固体样品的热值,而测定液体试样热值的实验只有周旭章等[7]编写的《化学工程实验技术与方法》书中有此实验内容。孙红梅[8]采用药用胶囊装取液体试样的方法,测定了液体试样的燃烧热值;曾仁昌[9]等测定了乙醇的燃烧热值;刘建平[10]等采用药用胶囊装取大豆油试样的方法,对其燃烧热值进行了测定;韩民乐[11]等采用脱脂棉吸附的方法,测定了几种试样的燃烧热值。本文探讨利用弹式量热计法测定喷气燃料热值的方法,可作为实验室测定的方法。

1 实验

1.1 主要原料和仪器

原料:苯甲酸为分析纯,天津市东丽区天大化学试剂厂;正丙醇为分析纯,天津市东丽区天大化学试剂厂;点火丝为镍丝,南京桑力电子设备厂;脱脂棉为医用脱脂棉;喷气燃料为3号,军用。

仪器:SHR15型燃烧热测定仪,南京桑力电子设备厂;YP-2型压片机,上海山岳科学仪器有限公司;YCY-C型充氧器,南京桑力电子设备厂;SHR15型数字温度计,南京桑力电子设备厂;梅特勒AI2000型电子天平,托利多仪器(上海)有限公司。

1.2 实验原理和方法

由于液体不能用弹式量热计直接测量,因此采用脱脂棉吸附喷气燃料后用弹式量热计进行测量,通过测定混合体系的热值,然后利用盖斯定律计算出喷气燃料的热值。

1.2.1 量热计仪器常数的测定

本文采用标准物质法测定量热计的仪器常数K,选用苯甲酸作为基准物质。由弹式量热计的基本原理可知:一定量被测物质在氧弹中燃烧时,所释放的热量使氧弹本身及周围的介质和量热计有关附件(氧弹、水桶、搅拌器以及感温探头等设备)的温度升高,测量介质在燃烧前后温度的变化值,就能计算出该样品的热值。由下式可以得到量热计的热容C计:

L点火丝·Q点火丝+m苯甲酸·Q苯甲酸=

C(C水m水+C计)ΔT=KΔT

(1)

式中:Q苯甲酸=-26 477 J/g;Q点火丝=-4.1 J/cm;L点火丝为点火丝燃烧长度,即点火丝燃烧前后的长度差,其值为(10-L燃烧后)cm;K为仪器常数,有

K=C水m水+C计

(2)

1.2.2 试样热值的测定方法

准确称取脱脂棉(约0.05 g),并记录其质量;将脱脂棉放入坩埚中,用弹式量热计测定其热值,记为Q脱脂棉,则有:L点火丝·Q点火丝+m脱脂棉·Q脱脂棉=KΔT。另取一块约0.05 g的脱脂棉,准确称量其质量,放入坩埚中,用滴管滴取约0.5 g的待测油品于脱脂棉中,并准确记录喷气燃料的质量m样,用弹式量热计测定其热值,记为Q样+脱脂棉,则有:L点火丝·Q点火丝+m样+脱脂棉·Q样+脱脂棉=KΔT,则待测油品的热值为

Q样=Q样+脱脂棉-Q脱脂棉

(3)

2 实验结果与讨论

2.1 量热计仪器常数K的测定

量热计测定仪器常数K的实验结果见图1。有ΔT=TH-TL,计算得到的K值见表1。3次测量的仪器常数平均值为15.216 kJ/k。

图1 量热计仪器常数K的测定结果

表1 仪器常数K

2.2 脱脂棉热值的测定

脱脂棉热值的测定结果见图2,脱脂棉热值的计算结果见表2。测得脱脂棉热值的平均值为17.986 kJ/g。

图2 脱脂棉热值的测定结果

表2 脱脂棉热值的计算

2.3 正丙醇热值的测定

正丙醇热值的测定结果见图3,热值的计算结果见表3。测得正丙醇的热值平均值为1 966.284kJ/mol,与准确值比较误差为2.65%。

图3 正丙醇热值的测定结果

表3 正丙醇热值的计算结果

由上述实验结果的误差可知,本文采用的实验方法可行,实验结果符合一般普通化学实验要求[12]。

2.4 喷气燃料热值的测定

喷气燃料热值的测定结果见图4。测得热值的计算结果见表4,喷气燃料热值平均值为49.659 kJ/g。

图4 喷气燃料热值的测定结果

表4 喷气燃料的计算

3 结论

(1) 通过脱脂棉吸附喷气燃料测定喷气燃料热值的实验方法,点火成功率高,装置氧弹比较方便,因此,测定液体试样宜采用此方法。

(2) 测得正丙醇的热值为1 966.284 kJ/mol,与准确值比较,相对误差为2.65%,实验方法可行,符合普通化学实验开设要求。

(3) 采用脱脂棉吸附法测定喷气燃料的热值为49.659 kJ/g。

[1] 熊云,许世海,刘晓,等.储运油品学[M].北京:中国石化出版社,2010:56-58.

[2] 熊云,许世海,刘晓,等.油品应用及管理[M].2版.北京:中国石化出版社,2008:91-92.

[3] 何玉萼,龚茂初,陈耀强.物理化学试验[M].成都:四川大学出版社,1993:36-43.

[4] 郑秋容,顾文秀.物理化学实验[M].北京:中国纺织出版社,2000:45-47.

[5] 韩国彬,陈良坦,李海燕,等.物理化学实验[M].厦门:厦门大学出版社,2010:35-41.

[6] 罗澄源,向明礼.物理化学实验[M].北京:高等教育出版社,2004:55-59.

[7] 周旭章,张慧思,蔡艳,等.化学工程实验技术与方法[M].杭州:浙江大学出版社,2012:155-156.

[8] 孙红梅.液体试样燃烧热的测定[J].牡丹江大学学报,2008:17(5):95-96.

[9] 曾仁昌,赖焕然,潘湛昌,等.乙醇燃烧热测定实验的改进[J].化学工程与装备,2010,25(7):142-143.

[10] 刘建平,杨新丽,闫向阳.氧弹卡计测定食用大豆油热值[J].广州化工,2008,35(5):110-113.

[11] 韩民乐,吴海霞,邹丁艳,等.液体试样燃烧热的测定[J].洛阳师范学院学报,2010,29(2):208-209.

[12] 华东师范大学分析化学教研组,成都师范大学化学教研组.分析化学[M].4版.北京:高等教育出版社,1998:467-468.

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