1. Wyjaśnij pojęcia:

• Ciepło spalania

• Wartość opałowa

1. Klasyfikacja paliw

2. Przygotowanie próbki paliwa do oznaczenia ciepła spalania.

3. Przebieg pomiaru z wykorzystaniem bomby kalorymetrycznej:

• Wymiana ciepła z otoczeniem

• Pojemność cieplna kalorymetru

• Rodzaj analizowanych paliw

1. Cel oznaczania ciepła spalania i wartości opałowej.

Ciepło spalania- ilość ciepła, jaka wydziela się przy spalaniu jednostki masy lub jednostki objętości paliwa przy jego całkowitym i zupełnym spaleniu, jeśli wszystkie produkty spalania wracają do temperatury początkowej w takim stanie skupienia, w jakim znajdują się w stanie równowagi trwałej. (ostatnia część def oznacza, że w szczególności para wodna znajdująca się w spalinach w wyniku spalania wodoru musi ulec skropleniu).

Wartością opałową nazywa się efekt cieplny reakcji spalania w temperaturze 0^oC, lecz w tym przypadku, gdy para wodna znajdująca się w spalinach nie ulegnie skropleniu (warunek umowny).

W_u = W_t – r ( K + w)
Gdzie:
W_t – ciepło spalania, W_u – wartość opałowa, r – ciepło parowania wody w temp 0^oC, K – ilość wody, jaka wywiązuje się przy spalaniu, w – zawartość wilgoci w paliwie.

Klasyfikacja ze względu na stan skupienia:

1. Stałe:

1. Węgiel kamienny (70-88% C), typy węgla kamiennego: Węgiel płomienny gazowo- płomienny, Gazowy, Gazowo- koksowy, Ortokoksowy, Meta koksowy, Semikoksowy, Chudy, Antracytowy, Antracyt (>94% C), Metaantracyt)

2. Palne łupki

3. Koks i półkoks (wielkopiecowy, odlewniczy, generatorowy, opałowy, karbidowy, koksik)

4. Węgiel brunatny

5. Torf

6. Paliwa roślinne (drewno i jego odpady- trociny, strużki, słoma zbożowa, paździerze
   z lnu i konopi)

7. Paliwa odpadowe

1. Ciekłe:

1. Ropa naftowa

2. Oleje opałowe (mazut)

3. Benzyna

4. Nafta

5. Oleje napędowe

6. Alkohol etylowy lub metylowy (czasem)

1. Gazowe:

1. Gaz ziemny

2. Ze zgazowania paliw stałych (gaz koksowniczy, miejski, wytlewny, wodny, wielkopiecowy, świetlny, generatorowy)

3. Z przetwórstwa ropy naftowej (gaz olejowy, gazy ponaftowe, propan- butan)

4. Biogaz

5. W technice stosuje się (acetylen, etylen, wodór, rzadko metan i inne)

Przygotowanie próbek laboratoryjnych i analitycznych:
Z próbki ogólnej, po jej odpowiednim rozdrobnieniu i wymieszaniu, wydziela się średnie próbki laboratoryjne. Wszystkie czynności związane z ich przygotowaniem powinny być prowadzone szybko i takich warunkach, aby paliwo nie zmieniło zawartości wilgoci. Przed oznaczeniem zawartości wilgoci przemijającej próbki powinny być transportowane i przechowywane w szczelnych naczyniach(rys ???).

Bomba kalorymetryczna – grubościenne naczynie wykonane ze stali nierdzewnej umieszczone
w kalorymetrze wypełnionym wodą. W naczyniu umieszcza się mała próbkę paliwa, napełnia się je tlenem i następnie spala się próbkę. Ciepło wydzielające się przy tym powoduje wzrost temperatury wody. Znając masę paliwa, masę ogrzanej wody i jej przyrost temp w czasie procesu spalania można bezpośrednio zmierzyć ciepło spalania.

1 – tygielek z badaną próbka
2 i 3 – elektrody
4 – wylot spalin
5 – pokrywa bomby
6 i 7 – zawory (wlotowy i wylotowy)
8 – doprowadzenie prądu do elektrody


Metoda wyznaczania ciepła spalania paliw stałych polega na całkowitym i zupełnym spaleniu próbki paliwa w atmosferze tlenu przy określonym ciśnieniu w bombie kalorymetrycznej i pomiarze przyrostu temp wody w naczyniu kalorymetrycznym oraz wyznaczeniu poprawek na dodatkowe efekty cieplne.
Oznaczenie dokonuje się na próbce paliwa w postaci pastylki, przygotowanej jako próbka analityczna. Wielkość odważki powinna być tak dobrana, aby po jej spaleniu nastąpił wzrost temp wody w naczyniu kalorymetrycznym o 1,8 – 3,0^oC.
Wykonaną pastylkę wraz z wprasowanym drucikiem chromonikielinowym waży się z dokładnością do 0,0002 g, a następnie umieszcza w tygielku bomby kalorymetrycznej. Próbka może mieć także postać luźno usypaną lub może znajdować się w woreczku koloidowym lub z bibuły o znanym cieple spalania. Zapłon próbki może nastąpić za pomocą drutu oporowego (śr. Ok. 0,1 mm) wprasowanego w pastylkę lub doprowadzonego do woreczka, albo też za pomocą połączonej z odważką nitki bawełnianej, owiniętej wokół rozpiętego między elektrodami drutu oporowego.
Po zamknięciu bombę napełnia się tlenem do odpowiedniego ciśnienia. Bombę umieszcza się w naczyniu kalorymetrycznym. Przewody zapłonowe łączy się z elektrodami bomby, w naczyniu umieszcza się termometr i mieszadło, a całość zamyka się pokrywami. Pomiar kalorymetryczny rozpoczyna się po upływie 5 – 10 min od momentu włączenia mieszadła. Odczyty temp prowadzi się w okresie początkowym przez 5 min, włącza się zapłon prowadząc dalsze odczyty co ½ min aż do zakończenia okresu głównego, a następnie przez 5 min w okresie końcowym. Po zakończeniu pomiaru należy wypuścić spaliny i sprawdzić czy nastąpiło całkowite spalenie próbki paliwa, przepłukać bombę woda destylowaną a uzyskany roztwór ewentualnie miareczkować dla oznaczenia zawartości kwasu siarkowego.

Pojemność cieplną kalorymetru wyznacza się podczas wzorcowania kalorymetru poprzez spalenie próbki wzorcowej substancji o znanym cieple spalania, np. : kwasu benzoesowego,
i przeprowadzeniu pomiaru kalorymetrycznego w takich samych warunkach, jak przy oznaczeniu ciepła spalania. Za wynik oznaczenia ciepła spalania przyjmuje się średnią arytmetyczną z co najmniej dwóch oznaczeń, o ile różnica między nimi nie przekracza 167 kJ/kg.

Rodzaj analizowanych paliw:
W celu wyznaczenia wartości opałowej i ciepła spalania paliw stałych i ciężkich paliw ciekłych stosuje się bomby kalorymetryczne. Do lekkich paliw ciekłych i gazowych paliw – kalorymetry.

Cel oznaczania ciepła spalania i wartości opałowej:
Ważną charakterystyką paliwa z pkt widzenia jego wykorzystania jest ilość ciepła jaka wydziela się przy spalaniu. Aby wielkość ta była porównywalna dla różnych paliw, powinna charakteryzować paliwo w sposób jednoznaczny. W praktyce używa się dwóch wielkości charakteryzujących paliwo pod względem energetycznym: ciepło spalania i wartość opałowa.