Wartość opałowa i ciepło spalania, Schematy z Termodynamika

Pobierz Wartość opałowa i ciepło spalania i więcej Schematy w PDF z Termodynamika tylko na Docsity! POLITECHNIKA CZESTOCHOWSKA WYDZIAL INZYNIERII PROCESOWEJ, MATERIALOWEJ I FIZYKI STOSOWANEJ Katedra Pieców Przemyslowych i Ochrony Srodowiska Termodynamika i technika cieplna Cwiczenie nr 7. Wyznaczanie wilgoci, popiolu, czesci lotnych, wartosci opalowej i ciepla spalania dla paliw stalych. 1 Tematy do przygotowania: 1.Podzial i charakterystyka paliw stalych? 2.Wlasnosci paliw stalych. 3.Metodyka wyznaczania wilgoci, popiolu i czesci lotnych wegla. 4.Cieplo spalania i wartosc opalowa - definicje. 5.Budowa i zasada dzialania kalorymetru. 6.Budowa i zasada dzialania bomby kalorymetrycznej. 7.Metodyka wyznaczania ciepla spalania i wartosci opalowej wegla. W sprawozdaniu nalezy zamiescic: 1. Cel cwiczenia. 2. Schemat stanowiska badawczego. 3. Tabele z otrzymanymi wynikami pomiarów i obliczen. 4. Wnioski. Cel cwiczenia Celem cwiczenia jest wyznaczenie wilgoci, popiolu, czesci lotnych, ciepla spalania i wartosci opalowej dla wybranej próbki wegla. Wykonanie pomiarów Oznaczenie wilgoci przemijajacej wegla metoda suszenia na powietrzu. Metoda polega na suszeniu próbki wegla na powietrzu w temperaturze pokojowej i na wagowym oznaczeniu ubytku masy próbki. Oznaczenie wykonuje sie na tacy nierdzewnej o takich wymiarach, aby na 1 cm2 powierzchni tacy przypadalo nie wiecej niz 1 g paliwa. Próbke wegla rozlozyc równomiernie na uprzednio zwazonej suchej tacy. Tace z paliwem zwazyc i pozostawic w pomieszczeniu do suszenia w temperaturze pokojowej lub umiescic w suszarce o temperaturze nie wyzszej niz 50ºC. Tace z weglem pozostawic w suszarce przez 8 h, a nastepnie wyjac i doprowadzic wegiel do stanu równowagi z wilgocia atmosferyczna. Podczas suszenia nalezy, co pewien czas, mieszac próbke. Suszenie konczy sie wtedy, gdy po 2 h zmiana masy nie jest wieksza niz 0,1 % masy poczatkowej. Wazenie wykonac do 0,05 % poczatkowej masy. Wilgotnosc przemijajaca oblicza sie wg wzoru: %100 31 21 ⋅ − − = mm mm Wex (1) gdzie: m1 - masa tacy z nawazka paliwa przed suszeniem, g, m2 - masa tacy z nawazka paliwa po suszeniu, g, m3 - masa tacy, g. Oznaczanie wilgoci powietrzno - suchej wegla. Metoda polega na suszeniu odwazki wegla powietrzno suchego w atmosferze powietrza lub azotu w temperaturze 105 – 110oC i na wagowym oznaczeniu jego masy. Naczynka wagowe z doszlifowana pokrywka nalezy wygrzac w temperaturze 105 – 110oC. Badajac próbke analityczna o granulacji ponizej 3 mm nalezy sporzadzic nawazke ok. 10 g, natomiast przy próbce analitycznej 0,2 odwazyc 1 - 2 g do naczynka wagowego. Rozprowadzic próbke równomiernie po dnie naczynka wagowego. Podczas suszenia pokrywka naczynka powinna byc uchylona lub polozona obok. Suszenie odwazki wegla o granulacji ponizej 3 mm powinno trwac nie krócej niz 60 min, natomiast dla próbki analitycznej 0,2 nie krócej niz 30 min. Po uplywie tego czasu naczynko przykryc pokrywka, 4 Oznaczanie popiolu w weglu. Popiól jest to stala pozostalosc po wyprazeniu paliwa z dostepem powietrza w temperaturze 8150C ± 150C. Zawartosc popiolu jest to masa stalej pozostalosci po wyprazeniu odwazk i paliwa w warunkach oznaczenia, odniesiona do masy paliwa wyrazona w procentach. Odwazyc 1,0 ± 0,1 g próbki analitycznej 0,2 do naczynka wagowego porcelanowego lub kwarcowego, plaskiego o wymiarach 30x40x10 mm. Na 1 cm2 powierzchni dna naczynka powinno przypadac nie wiecej niz 0,15 g paliwa. Naczynko wagowe wyprazyc do stalej masy w temperaturze 8150C ± 150C przed przystapieniem do oznaczen. Naczynko wraz z nawazka wazyc z dokladnoscia do 0,0002 g, a nastepnie polozyc na przedniej sciance lub na odpowiedniej konsolce pieca ogrzanego do temperatury 8150C ± 150C. Nastepnie przesuwac naczynko do strefy zarzenia przez ok. 10 min. Zamknac piec i po wyrównaniu sie temperatury prazyc przez 35 min. Wyjac naczynko z nawazka i studzic na powietrzu. Przeprowadzic prazenie kontrolne przez 15 min - w razie potrzeby przedluzyc, az róznica pomiedzy kolejnymi wazeniami bedzie nie wieksza niz 0,001 g. Zawartosc popiolu w próbce analitycznej wegla Aa obliczyc wg wzoru %100 12 13 ⋅ − − = mm mm Aa (4) gdzie: m1 - masa wyprazonego naczynka, g, m2 - masa naczynka z nawazka, g, m3 - masa naczynka z popiolem, g. Za wynik koncowy oznaczenia nalezy przyjac srednia arytmetyczna dwóch równoleglych oznaczen z tej samej próbki. Przy zawartosci popiolu do 10% blad bezwzgledny nie moze byc wiekszy niz 0,5%. Jezeli róznica pomiedzy wynikami oznaczen jest wieksza, nalezy wykonac trzecie oznaczenie. Gdy wynik trzeciego oznaczenia spelnia wymagania bledu w stosunku do jednego z poprzednich oznaczen, za wynik koncowy nalezy przyjac srednia arytmetyczna tych dwóch pomiarów. Wyniki nalezy zaokraglic do 0,1. Wyniki pomiarów i obliczen zestawic w tabeli. Nr oznaczenia m1, g m2, g m3, g Aa, % 1 2 srednia Pomiar polega na calkowitym spaleniu próbki paliwa w atmosferze tlenu pod cisnieniem w bombie kalorymetrycznej zanurzonej w wodzie i na pomiarze przyrostu temperatury tej wody. Cieplo spalania paliwa wyliczane jest w sposób automatyczny i przedstawione na monitorze. 5 Opis techniczny i podstawy funkcjonowania (pracy) kalorymetru. Praca kalorymetru oparta jest na specjalistycznym ukladzie elektronicznym podlaczonym do komputera PC odpowiedzialnym za wszystkie realizowane funkcje. Automatyczny cykl pomiarowy zapewnia wygode i latwosc obslugi tego urzadzenia. Kalorymetr dziala na zasadzie pomiaru charakterystycznych temperatur bilansu cieplnego. Wartosci te sa przetwarzane na postac cyfrowa, analizowane i przeliczane przez komputer oraz zapamietywane. Caly proces pomiarowy przebiega wg wykresu (rys. 3): Cieplo spalania próbki paliwa jest obliczane automatycznie (wg wewnetrznego programu). Automatyczna praca kalorymetru steruje program komputerowy, tak wiec przebieg wszystkich czynnosci jest caly czas kontrolowany, a ewentualne bledy sa sygnalizowane na ekranie monitora. Praca kalorymetru podzielona jest na 5 cykli pokazanych na wykresie. Poszczególne cykle informuja o stanie kalorymetru: Cykl: 0 - Wlaczenie kalorymetru i ustabilizowanie temperatury wewnatrz kalorymetru (czas trwania: okolo 2 min). 1 - Rejestracja temperatury T1 i odmierzenie odcinka czasu równego 5 minut. 2 - Rejestracja temperatury T2 i zaplon próbki paliwa w bombie kalorymetrycznej. Cykl ten trwa n-minut tj. az do osiagniecia temperatury maksymalnej. 3 - Rejestracja temperatury T3 (maksymalnej) i odmierzenie kolejnego odcinka czasu równego 5 minut. 4 - Rejestracja temperatury T4 i zakonczenie pracy. Kalorymetr po wejsciu w 2 cykl rozpoczyna odmierzac czas, jaki uplywa od chwili zaplonu próbki do momentu, gdy program stwierdzi osiagniecie maksymalnej temperatury w naczyniu. Zostaje odmierzany nastepny odcinek czasowy i zapamietywana jest temperatura stanu koncowego. Program oblicza cieplo spalania, wylaczajac jednoczesnie mieszadlo mechaniczne pracujace od chwili startu. Umozliwia wpisanie krótkiej notatki i zapamietanie wyników w bazie danych. Stanowisko pomiarowe przedstawiono na rys. 4. Rys. 3. Przebieg procesu pomiarowego 6 WARUNKI PROWADZENIA BADAN Pomieszczenie, w którym maja byc wykonywane pomiary powinno miec stala temperature, w granicach 18-21°C, ale nie przekraczajaca 25°C. Blok termometru dostarczony przez producenta zapewnia pomiar z zadana dokladnoscia w zakresie 16-26°C. Najbardziej optymalna temperatura nie powinna przekraczac 23°C. Okna pomieszczenia przeznaczonego do badan, jezeli jest to mozliwe powinny wychodzic na pólnoc, a w zadnym przypadku nie na poludnie. Winny byc ponadto zaopatrzone w zaslony dla unikniecia nagrzewania promieniami slonecznymi. W czasie najwiekszego naslonecznienia wystepujacego w ciagu dnia nie zaleca sie prowadzenia pomiarów. W pomieszczeniu nie powinno byc zadnych przeciagów. Niedopuszczalne jest, aby kalorymetr znajdowal sie w poblizu pieca, grzejnika, nagrzewajacych sie lamp oswietleniowych itp. zródel ciepla. W czasie prowadzenia badania drzwi i okna powinny byc zamkniete. Kalorymetru nie nalezy instalowac w sasiedztwie zródel silnego promieniowania elektromagnetycznego takich jak nadajniki radiowe, przekazniki telekomunikacyjne, stacje bazowe telefonii komórkowej itp., poniewaz moze to spowodowac zaklócenie odczytu temperatury i tym samym uniemozliwi wykonywanie poprawnych badan. Podczas wykonywanych badan nalezy równiez dezaktywowac w pomieszczeniu laboratoryjnym dzialanie telefonów komórkowych. Na rys. 5. przedstawiono budowe kalorymetru. Rys. 4. Stanowisko pomiarowe 1 - kalorymetr, 2 - pokrywa kalorymetru, 3 - uchwyt pokrywy z umieszczonym w nim napedem mieszadla mechanicznego, 4 - monitor komputera, 5 – drukarka, 6 – komputer 1 2 3 4 6 5