Wydział Geoinżynierii Lubin, 8 maja 2011

Górnictwa i Geologii

Politechniki Wrocławskiej

CHEMIA

Sprawozdanie z ćwiczenia

pt. „Oznaczenie wilgoci i popiołu”

grupa: poniedziałek 13¹⁰-14⁴⁰

rok: I

1. WPROWADZENIE

Paliwo stałe - palne ciało stałe pochodzenia naturalnego lub otrzymane sztucznie, wykorzystywane jako źródło energii cieplnej. Używane do celów przemysłowych, technicznych, gospodarczych itp.

Paliwa stałe w Polsce podzielono na 6 grup:

• drewno - grupa 0

• torf - grupa 1

• węgiel brunatny - grupa 2

• węgiel kamienny - grupa 3

• węgiel antracytowy - grupa 4

• grafit - grupa 5

Najważniejszym stałym paliwem naturalnym jest węgiel kamienny (Wikipedia).

Schemat 1. Uproszczony schemat fragmentu struktury węgla kamiennego.

Wilgoć - popularne określenie na wodę zawartą w powietrzu w formie aerozolu lub pary, obecną w porach substancji porowatych lub na powierzchni ciał stałych w formie drobnych kropelek lub jednolitego, cienkiego filmu (Wikipedia).

Popiół - stała pozostałość po spaleniu substancji organicznej, np. paliw stałych lub płynnych, czy masy organizmów żywych. Popiół jest produktem wtórnym, otrzymywanym przez działanie wysokiej temperatury na substancje mineralne zawarte w materiale. Zawiera większość pierwiastków, które się w nim znajdowały, choć wchodzą one po spopieleniu w skład innych związków chemicznych. Część reakcji zachodzących podczas spalania może prowadzić do powstania substancji lotnych, te nie wchodzą więc w skład popiołu (Wikipedia).

Wilgoć paliw stałych - naturalne paliwa stałe charakteryzują się rozwiniętym układem porowatym i koloidalnym przez co mogą sorbować mniejsze lub większe ilości wody (Więckowska i Surygała, 1993).

Celem ćwiczeń było oznaczenie zawartości wilgoci i popiołu w badanych próbkach.

2. CZĘŚĆ EKSPERYMENTALNA

1. Metodyka

Przed przystąpieniem do bezpośredniego wykonania ćwiczenia umyłem wodą destylowaną i dokładnie osuszyłem potrzebne naczynia laboratoryjne. W ćwiczeniach wykorzystałem węgiel kamienny, który znajdował się w słoiczku i porcelanowe naczynko wagowe (tygielek).

Za pomocą plastikowej łyżeczki węgiel przeniosłem ze słoiczka do naczynka. Suszenie przeprowadzałem w suszarce elektrycznej, a spalanie w elektrycznym piecu muflowym. Do wyciągnięcia naczynia z pieca użyłem metalowych szczypiec. Do ważenia użyłem wagi analitycznej. Zarówno po suszeniu jak i spalaniu naczynie umieściłem w eksykatorze.

2. Obserwacje

Oznaczenie zawartości wilgoci analitycznej metodą suszarkową.

Najpierw zważyłem pusty tygielek, jego waga wynosiła 19,4950 g. Następnie wsypałem do niego około ¾ łyżeczki węgla kamiennego, zawartość w naczynku rozprowadziłem równomiernie po dnie. Po wykonaniu tej czynności ponownie zważyłem tygielek z węglem, waga wskazała 19,7950g . Tak przygotowaną próbkę umieściłem w suszarce elektrycznej ogrzanej do temperatury 110^oC. Węgiel przebywał w suszarce 20 min. Po upływie tego czasu naczynko przykryłem pokrywką, wyjąłem z suszarki i umieściłem w eksykatorze. Chlorki wapnia znajdujące się w eksykatorze wchłaniały w dalszym ciągu wilgoć. Próbka znajdowała się w eksykatorze przez około 5 minut. Gdy węgiel osiągnął temperaturę pokojową naczynko ponownie zważyłem, wcześniej otwierając na chwilę pokrywkę. Waga po suszeniu, czyli usunięciu wilgoci wynosiła 19,7395 g.

19,7950 g - 19,4950 g = 0,3000 g - masa samego węgla przed suszeniem

19,7395 g - 19,4950 g = 0,2445 g - masa samego węgla po suszeniu

Obliczenia wilgoci analitycznej:

W^a = (m₁ - m₂ / m₁ - m₃) x 100%

m₁ - masa naczynka z odważką paliwa przed suszeniem, g

m₂ - masa naczynka z odważką paliwa po suszeniu, g

m₃ - masa naczynka, g

W moim przypadku:

m₁ - 19,7950 g

m₂ -19,7395 g

m₃ -19,4950 g

W^a = (19,7950 g - 19,7395 g / 19,7950 g - 19,4950 g) x 100 % = 18,5%

Oznaczenie popiołu metodą szybkiego spopielenia.

Tygielek z ćwiczenia pierwszego umieściłem za pomocą metalowych szczypiec w piecu muflowym ogrzanym do temperatury 800^oC.

Węgiel przebywał w piecu przez 20 min. Po upływie tego czasu tygielek wyjąłem z pieca za pomocą metalowych szczypiec i umieściłem w eksykatorze. Próbka znajdowała się w eksykatorze przez około 10 minut. Gdy węgiel osiągnął temperaturę pokojową naczynko ponownie zważyłem. Waga po prażeniu wynosiła 19,4836 g.

19,7395 g - 19,4950 g = 0,2445 g - masa samego węgla przed prażeniem

Obliczanie popiołu

A^a = (m₃ - m₁ / m₂ - m₁) x 100%

m₁ - masa naczynka, g

m₂ - masa naczynka z odważką węgla, g

m₃ - masa naczynka z pozostałością po prażeniu, g

m₁ - 19,4950 g

m₂ - 19,7395 g

m₃ - 19,4836 g

A^a = (19,7395 g - 19,4836 g / 19,7395 g - 19,4950 g) x 100% = 7%

3. Interpretacja

W ćwiczeniu pierwszym po usunięciu wilgoci zmieniła się masa węgla. Z 0,3000 g zmniejszyła się do 0,2445 g. Wartość wilgoci analitycznej wynosiła 18,5%. Wilgoć analityczna W^a, wilgoć zawarta w próbce węgla kamiennego przeznaczonego do analizy. Dla węgla kamiennego na ogół W^a = W_h. Jeżeli przyjmę ogólną zasadę to: W^a = 18,5% = W_h.

W ćwiczeniu drugim zawartość popiołu wyniosła 7%. Masa węgla po wyprażeniu wynosiła 19,7395 g - 19,4836 g = 0,2559 g. Masa po prażeniu wyszła większa, niż przed prażeniem.

2.4Wnioski

Numer próbki	W [%]	A [%]	Masa węgla [g]
1	13,45 %	19,1 %	0,7965 g
2	17,75 %	5 %	0,1791 g
3	12,26 %	7,86 %	0,2423 g
4	12,36 %	7,89 %	0,6060 g
5	9,5 %	4,17 %	0,5697 g
Mój wynik	18,5 %	7 %	0,3000 g

Jeżeli chodzi o zawartość wilgoci wyniki były różne. Moja próbka i próbka 2

dały stosunkowo dużą zawartość wilgoci, lecz dla porównania próbka 5 ma zaledwie 9,5%. Próbki 1,3,4 mają zbliżone wyniki. Nie zbliżona do pozostałych zawartość wilgoci może wynikać z mniejszej niż w innych grupach ilości użytego w doświadczeniu węgla. Wyniki mogą być także różne ze względu na jakość użytego węgla kamiennego. Średnia zawartość wilgoci na podstawie danych różnych grup wynosi: (13,45% + 17,75% + 12,26% + 12,36% + 9,5% + 18,5%) / 6 = 13,95%.

Natomiast w przypadku zawartości popiołu wyniki są rozbite od 5% do 19,1%. Ilość pozostałości po prażeniu może także wynikać z ilości użytego węgla. Wyniki mogę być także różne ze względu na jakość użytego węgla kamiennego. Jak wynika z tabelki różnica w zawartości wilgoci w badanych próbkach znajduje przyczynę w różnej masie użytego węgla i masie węgla po osuszeniu. Duży wpływ na wyniki ćwiczeń miała ilość użytego substratu, dokładność pomiaru oraz dobrze wykonane obliczenia.

3. LITERATURA CYTOWANA

J. Więckowskiej, J. Surygały - praca zbiorowa, Ćwiczenia laboratoryjne z chemii dla studentów Wydziału Górniczego, Wrocław 1993.

http://pl.wikipedia.org/wiki/Paliwo_stałe

http://pl.wikipedia.org/wiki/Wilgoć

http://pl.wikipedia.org/wiki/Popiół

---