Определение свойств газов (стр. 5 из 5)

Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Высшая теплота сгорания Q_B отличается от низшей Q_Н на количество теплоты, которая выделяется при конденсации образовавшихся при сгорании, а также находившихся ранее в анализируемом газе водяных паров. При подсчете Q_В теплота сгорания газа и теплота конденсации водяных паров суммируются. Однако обычно при сгорании топлива в промышленных установках водяные пары не конденсируются и уносятся вместе с дымовыми газами. Поэтому чаще всего калорийность топлива, в том числе и газообразного, оценивается низшей теплотой сгорания, при определении и подсчете которой теплота конденсации водяных паров не учитывается.

Теплоту сгорания горючих газовых смесей можно определить экспериментально — путем сжигания газовой смеси в калориметрах.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ В КАЛОРИМЕТРАХ

Для определения теплоты сгорания газа в лабораторной практике довольно широко используется калориметрическая установка типа КЛП-1. Принцип работы этой установки основан на сжигании определенного объема газа. Вся выделившаяся теплота поглощается водой, непрерывно проходящей через калориметр. Количество воды и температура ее нагрева измеряются во время проведения эксперимента. Потери теплоты в окружающее пространство незначительны, и обычно ими пренебрегают при работе с данным прибором.

Теплота сгорания газа подсчитываётся по объему сгоревшего газа, количеству и температуре нагрева воды, прошедшей через калориметр.

Устройство калориметрической установки

Установка (рис, 8) состоит из калориметра 7, газовых часов /, регулятора давления 4, горелки, напорного бака, технических весов и сборников воды.

Рис. 8. Схема калориметрической установки:

1 - газовые часы; 2— манометр; 3—термометры; 4—регулятор давления; 5—сосуд для сбора воды, вытекающей из калориметра; б—термометры; 7—калориметр; 5—зеркало; мензурка для сбора конденсата.

Калориметр (рис. 9) представляет собой металлический цилиндр с двойными стенками; внутри которого имеются еще несколько цилиндров. Цилиндры заключены в металлический кожух, к которому прикреплены три ножки с установочными винтами, с помощью которых калориметр устанавливается вертикально по отвесу.

Во внутреннем цилиндре имеется камера где происходит сгорание топлива в газовой горелке 2. Продукты горения поступают вверх, а затем по трубкам опускаются вниз и через выхлопную трубу 6 выходят в атмосферу. На выхлопной трубе имеется термометр 7 со шкалой от 0 до 50 °С с ценой деления 1 °С и шибер 5, с помощью которого регулируется скорость газов, проходящих через калориметр. Между стенками цилиндра протекает вода, которая воспринимает теплоту отходящих газообразных продуктов сгорания, нагревается и собирается в сосуде. Степень нагрева воды контролируется двумя термометрами 12 и 13, поставленными на входе и выходе воды. Поступление воды из специального бака или водопровода регулируется распределительным устройством с краном 16, которое позволяет излишек воды направлять в канализацию. Снизу калориметр снабжен краном для сбора конденсата, образующегося при сгорании водорода и углеводородных газов.

Газовые часы или газовый счетчик служат для измерения объема газа. Газовый счетчик снабжен водяным U-образным манометром со шкалой 0-100 мм и термометрами со шкалой 0—50 °С с ценой деления 1 °С.

Регулятор давления представляет собой газгольдер и служит для выравнивания давления сгорающего газа. Он включается перед подачей газа в горелку.

Газовая горелка устроена по принципу Обычной лабораторной газовой горелки и снабжена тремя насадками с отверстиями различных размеров, которые устанавливаются на горелку в зависимости от калорийности газа.

Напорный бак вместимостью 100—200 л с шаровым клапаном предназначен для питания калориметра водой комнатной температуры. Такая вода позволяет легче, чем вода из водопровода, достичь устойчивости в показаниях термометров на входе и выходе воды из калориметра и уменьшить потери тепла системы в окружающую среду.

В качестве сборника нагретой воды применяют два одинаковых цилиндра.

Рис. 9. Схематический разрез калориметра:

1—камера горения; газовая горелка; 3—спускной кран; мерный цилиндр; 5—шибер; б—выхлопная труба; 7, 12 и 13—термометры; 8 — штуцер; 9 — стеклянная трубка; 10—переливная воронка; 11 —приемник для воды; 14—устройство для перемешивания; 15—воронка.

Подготовка прибора

В собранной установке открывают вентиль напорного бака и впускают воду в приемник для воды 11 (рис. 9), откуда через переливную воронку 10 и штуцер 8 вода поступает в водяную камеру. Пройдя калориметр, вода выливается в воронку 15 и через распределительный кран 16 в канализацию. Для вытеснения воздуха через горелку в калориметр пропускают 5—10 л анализируемого газа. Зажигают горелку и с помощью ее движка устанавливают пламя не выше 5 см. Затем горелку помещают в камеру _горения калориметра таким образом, чтобы она не касалась стенок камеры. За этим следят, пользуясь зеркалом 8 (рис. 8).

Распределительным краном 16 устанавливают приток воды в калориметр в зависимости от показаний термометров 12 и 13. разница в показаниях термометров на входе и выходе воды должна находиться в пределах 10—12°С, а термометр 7 должен показывать температуру, близкую к комнатной. В этих условиях потери теплоты в окружающую среду будут незначительными и ими можно пренебречь. Проверяют возможность легкого перевода отводящей трубки из положения «Канализация» в положение «Сбор теплой воды» и обратно.

Методика определения

После установления в течение 5 мин постоянной разницы температуры воды по термометрам 12 и 13 на входе и выходе воды приступают к замерам для определения теплоты сгорания газа. Для этого⁴ отсчитывают показания газового счетчика и переключают отводную трубку на положение «Сбор теплой воды». В течение всего опыта через каждую минуту записывают показания термометров 12 и 13 и температуру газа, поступающего в газовый счетчик.

По окончании опыта переключают трубку на положение «Канализация», проводят отсчет количества сгоревшего газа, записывают температуру входящей и выходящей воды, продуктов горения и окружающего воздуха. Взвешивают воду, прошедшую через калориметр, и собранный конденсат.

Для определения Q_В сжигают 10 л газа; а для определения Q_H — до 50 л (для более точного учета количества собираемого конденсата). Из показаний термометров во время опыта находят среднее арифметическое значение, которое принимают при расчетах.

Qв (в кДж/м³) рассчитывают по формуле:

где Р— масса воды, прошедшей через калориметр, кг; t₂ — средняя температура воды, выходящей из калориметра, °С; t₁ — средняя температура воды, входящей в калориметр, °С; Vо — объем сгоревшего газа, приведенный к нормальным условиям, м³.

Q_H (в кДж/м³) рассчитывают по формуле:

где Р₂ — масса конденсационной воды, кг; 2512 — удельная теплота конденсации воды, кДж/кг.