Приборы для измерения теплоты сгорания (1)

1. БОМБОВЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ

Докладчик - Л.И. Воробьев
Киев - 2011г.

2. Что такое теплота сгорания?

Теплота сгорания — это количество выделившейся теплоты
при полном сгорании некоторой массы (для твердых и
жидких веществ) или объёма (для газообразных веществ).
Теплота сгорания, отнесённая к единице массы или объёма
топлива, называется удельной теплотой сгорания (Дж или
Ккал на 1 кг, м³ или моль).
Различают высшую (QB) и низшую (QH) теплоту сгорания.
Под высшей теплотой сгорания понимают то количество
теплоты, которое выделяется при полном сгорании
вещества, включая теплоту конденсации водяных паров
при охлаждении продуктов сгорания.
Низшая теплота сгорания соответствует тому количеству
теплоты, которое выделяется при полном сгорании, без
учёта теплоты конденсации водяного пара.
Низшая и высшая теплота сгорания связаны соотношением:
QB = QH + 24,42(W + 8,94H), кДж/кг

3. Расчетные методы определения ТС по химическому составу

Для определения высшей теплоты сгорания qв
рабочую массу (кДж/кг), формула имеет вид:
топлива на
QВ = 339· (C) + 1256· (H) - 109· [ (O) - (S)],
где (С), (H), (O) и (S) - процентное содержание,
соответственно, углерода, водорода, кислорода и серы в
топливе.
В случае газообразного топлива низшая ТС (кДж/м3) может
быть подсчитана для одного кубического метра сухого газа
по формуле:
QН = 108· (H2) + 126,3· (CO) + 358,2· (CH4) +
560,5· (C2H2) + 590,6· (C2H4) +637,3· (C2H6) +
859,8· (C3H6) + 912,3· (C3H8) + 1134· (C4H8)+
1186,2· (C4H10) ,
где (H), (CO), (CH4) и т.д. - содержание отдельных
газовых компонентов в процентах по объему газообразного
топлива при нормальных условиях.

4. История возникновения калориметрии

Калориметр − прибор, применяемый для
калориметрических измерений. Термин “калориметр” был
предложен А.Л. Лавуазье в 1780 г.
Первый калориметр был сконструирован Дж. Блэком
примерно в 1760 г. Это был так называемый “ледяной
калориметр”. На этом калориметре в 1762 г. Дж. Блэк
впервые измерил теплоту плавления, что послужило ему
основанием для введения понятия скрытой теплоты
(теплота фазового перехода по современной терминологии).
А.Л. Лавуазье и П.С.Лаплас в 1783г. усовершенствовали
конструкцию калориметра данного типа. Наиболее известен
с 1870г. ледяной калориметр Р.В. Бунзена, нашедший
широкое применение. В 1881г. М. Бертло создал
калориметрическую бомбу.
В 1836 г. Г.И. Гесс установил, что “тепловой эффект
процесса не зависит от промежуточных стадий, а
определяется лишь начальным и конечным состояниями
системы. На основании этого основного закона
термохимии (известного как закон Гесса) определяют
тепловые эффекты реакций, которые невозможно измерить
непосредственно.

5. Открытые и закрытые реакционные сосуды

6. Бомбы Бертло, Прозена и Россини

7. Калориметрические бомбы фирмы Parr

8. Бомбы калориметрические

9. Бомба калориметрическая универсальная БКУ-1 (ИТТФ)

10. Бомба калориметрическая универсальная БКУ-2 (ИТТФ)

11. Распределение температуры на поверхности калориметрической бомбы

а – размещение
термопар 1 8 на
поверхности КБ;
б - графики
изменения
приращения
температуры при
сжигании пробы
твердого топлива;
в - распределение
относительной
температуры по
высоте бомбы
непосредственно
после сгорания
пробы.

12. Жидкостный изопериболический калориметр

13. Калориметр В-08 III (CCCP)

14. Калориметр Parr 1341 стандартное отклонение при проверке по бензойной кислоте не превышает 0,3%

15. Жидкостный адиабатический калориметр OQ – 203

16. Адиабатический бомбовый калориметр АБК-1 (Россия)

17. Адиабатический калориметр фирмы Parr

Parr compansated jacket calorimeter 6100

18. Калориметр IKA C5000c

Калориметр IKA® C 5000 – это единственный в мире
калориметр с возможностью выбора из трех рабочих
режимов. Определение теплотворной способности в
адиабатическом (около 14 – 18 минут),
изопериболическом (около 22 минут) и динамическом
(ускоренном, около 10 минут) режимах. Высокий
уровень автоматизации вкупе с широким выбором
аксессуаров делают этот калориметр пределом
мечтаний.
Функции:
- Автоматическая система водоснабжения включает
темперирование, заполнение и опорожнение
внутренней емкости калориметра
- Автоматическое наполнение и выпуск кислорода из
сосуда для разложения
- Автоматическое определение сосуда для разложения
- Аттестация согласно DIN 51900, ASTM 240 D, ISO
1928, BSI и пр.
- Имеет сертификат ГОСТ
- C 5000 control в любое время может быть расширен
до двойной системы с высокой производительностью и
двумя измерительными ячейками
- Порты для подключения следующих устройств: весы,
принтер, ПК и автосэмплер C 5020
- Удобное программное обеспечение C 5040 CalWin для
управления калориметром и данными измерения
403 тыс. грн

19. Массивный калориметр c теплоизоляционной оболочкой

20. Термометр электронный для калориметрических измерений ТЭК-1 (ИТТФ)

21.

22. Калориметр Тиана

1 - калориметрическая
ячейка;
2 - резервуар с водой;
3 - теплоизоляция;
4 - грунт подвала;
5 - термобатареи;
6 - стеклянная крышка;
7, 8 - контейнеры с
поглотителем влаги;
9 - эбонитовая рама;
10 - вывод для
термобатареи.

23. Калориметр Кальве для измерения тепловой мощности процессов

1 — калориметрическая
ячейка с термопарами;
2 — блок калориметра;
3 — металлические конусы
для создания однородного
поля температур в блоке;
4 — оболочка;
5 — нагреватель для
термостатирования прибора;
6 — тепловые экраны;
7 — тепловая изоляция;
8 — трубка для введения
вещества в калориметр;
9 — окно для отсчётов
показаний гальванометра 10.

24. Микробомба Кальве

25. Быстродействующий калориметр сжигания БКС-2Х (Россия)

26. Быстродействующий калориметр сжигания БКС-2Х (Россия)

27. Дифференциальный микрокалориметр ДМК-1 для измерения тепловыделения топливосодержащих масс (ИТТФ)

28. Дифференциальный микрокалориметр ДМК-1 (ИТТФ)

29. Конструктивная схема теплового блока калориметра модели КТС-1.

1 – кольцевая рукоятка;
2 – крышка корпуса;
3 – теплоизоляционный вкладыш
крышки;
4 – крышка ячейки;
5 – электрический нагреватель;
6 – калориметрическая бомба;
7 – стакан калориметрической ячейки;
8 – теплометрическая оболочка;
9 – корпус;
10 – теплоизоляционный вкладыш;
11 – нижняя крышка;
12 – кожух;
13 – основание.

30. Конструктивная схема теплового блока калориметра модели КТС-2

1 - кольцевая рукоятка;
2 – верхняя крышка;
3 – крышка ячейки;
4 - теплометрическая оболочка;
5 – стакан калориметрической
ячейки;
6 – КБ;
7 – корпус;
8 – нагреватель;
9 – теплоизоляционный
вкладыш;
10 – кожух;
11 – вентилятор;
12 – отсек электронных
блоков.

31. Конструктивная схема теплового блока калориметра модели КТС-3

1 – верхняя крышка;
2 – крышка ячейки;
3 - откидывающаяся
рукоятка;
4 – теплометрическая
оболочка (ТО);
5 – стакан
калориметрической
ячейки;
6 – КБ;
7 – корпус;
8 – нагреватель;
9 – теплоизоляционный
вкладыш;
10 – кожух;
11 – отсек электронных
блоков;
12 – вентилятор.

32. Калориметры КТС-1 и КТС-2 (ИТТФ)

33. Калориметр КТС-3 (ИТТФ)

34. Технология изготовления цилиндрической ТО

35. Режим подготовки калориметра КТС-1.

Графики изменения: 1-мощность нагрева корпуса;
2- температура корпуса; 3- тепловой поток через ТО.

36. Режим подготовки калориметров КТС-2 и КТС-3

37. Режим измерения калориметра КТС-3

38. Калориметр КТС-4 (ИТТФ)

39. Технология изготовления ТО КТС-4

40. Устройство калориметра КТС-4

41. Горизонтальный разрез калориметра КТС-4

42. Варианты конструкции заполнения компенсационной ячейки

1
2

43. Варианты конструкции заполнения компенсационной ячейки

4
3

44. Настройка динамических характеристик компенсационной ячейки

13,3
13,3
13,4
13,4
13,4
13,4
13,4
13,4
13,4
13,5
13,5
13,5
13,5
13,5
13,6
13,6
13,6
13,6
13,6
13,6
13,7
13,7
13,7
13,7
13,7
13,7
-231,6
13,7
-232,3
-233,9
-234,6
-235,3
-236
-237,5
-238,2
-238,9
-239,6
-241
-241,7
-242,4
-243
-244,4
-245
-245,7
-246,3
-247,6
-248,2
-248,9
-249,5
-250,7
-251,3
-251,9
-252,5
200
100
0
-100
-200
-300
-400
-500
200
100
0
-100
-200
-300
-400
-500
Настройка динамических характеристик
компенсационной ячейки
-17,9 22.02.2011
-17,9 22.02.2011
-17,9 22.02.2011
-18 22.02.2011
-18 22.02.2011
-18 22.02.2011
-18,1 22.02.2011
-18,1 22.02.2011
-18,1 22.02.2011
-18,2 22.02.2011
-18,2 22.02.2011
-18,2 22.02.2011
-18,2 22.02.2011
-18,3 22.02.2011
-18,3 22.02.2011
-18,3 22.02.2011
-18,3 22.02.2011
-18,4 22.02.2011
-18,4 22.02.2011
-18,4 22.02.2011
-18,4 22.02.2011
-18,5 22.02.2011
-18,5 22.02.2011
-18,5 22.02.2011
-18,5 22.02.2011
-18,6 22.02.2011
-259,38 28.04.2011
-18,6 22.02.2011
-260,238 28.04.2011
-261,877 28.04.2011
-262,724 28.04.2011
-263,538 28.04.2011
-264,341 28.04.2011
-265,936 28.04.2011
-266,739 28.04.2011
-267,553 28.04.2011
-268,323 28.04.2011
-269,896 28.04.2011
-270,666 28.04.2011
-271,414 28.04.2011
-272,173 28.04.2011
-273,669 28.04.2011
-274,428 28.04.2011
-275,154 28.04.2011
-275,891 28.04.2011
-277,321 28.04.2011
-278,036 28.04.2011
-278,762 28.04.2011
-279,466 28.04.2011
-280,841 28.04.2011
-281,534 28.04.2011
-282,205 28.04.2011
-282,876 28.04.2011
0
0
500
500
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
-231,6
28
-232,3
-233,9
-234,6
-235,3
-236
-237,5
-238,2
-238,9
-239,6
-241
-241,7
-242,4
-243
-244,4
-245
-245,7
-246,3
-247,6
-248,2
-248,9
-249,5
-250,7
-251,3
-251,9
-252,5
1000
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
1000
13,3
13,3
13,4
13,4
13,4
13,4
13,4
13,4
13,4
13,5
13,5
13,5
13,5
13,5
13,6
13,6
13,6
13,6
13,6
13,6
13,7
13,7
13,7
13,7
13,7
13,7
-23,58
13,7
-23,658
-23,807
-23,884
-23,958
-24,031
-24,176
-24,249
-24,323
-24,393
-24,536
-24,606
-24,674
-24,743
-24,879
-24,948
-25,014
-25,081
-25,211
-25,276
-25,342
-25,406
-25,531
-25,594
-25,655
-25,716
-1,79
-1,79
-1,79
-1,8
-1,8
-1,8
-1,81
-1,81
-1,81
-1,82
-1,82
-1,82
-1,82
-1,83
-1,83
-1,83
-1,83
-1,84
-1,84
-1,84
-1,84
-1,85
-1,85
-1,85
-1,85
-1,86
-259,38
-1,86
-260,238
-261,877
-262,724
-263,538
-264,341
-265,936
-266,739
-267,553
-268,323
-269,896
-270,666
-271,414
-272,173
-273,669
-274,428
-275,154
-275,891
-277,321
-278,036
-278,762
-279,466
-280,841
-281,534
-282,205
-282,876
1500
1500
-17,9
-17,9
-17,9
-18
-18
-18
-18,1
-18,1
-18,1
-18,2
-18,2
-18,2
-18,2
-18,3
-18,3
-18,3
-18,3
-18,4
-18,4
-18,4
-18,4
-18,5
-18,5
-18,5
-18,5
-18,6
27,78
-18,6
27,938
27,977
28,124
28,238
28,341
28,436
28,539
28,653
28,723
28,896
28,966
29,014
29,173
29,269
29,428
29,454
29,591
29,721
29,836
29,862
29,966
30,141
30,234
30,305
30,376
31,2
31,2
31,3
31,4
31,4
31,4
31,5
31,5
31,5
31,7
31,7
31,7
31,7
31,8
31,9
31,9
31,9
32
32
32
32,1
32,2
32,2
32,2
32,2
32,3
32,3
2000
2000
E осн
E комп
K*E комп
E рез
E осн
E комп
K*E комп
E рез
До регулирования
постоянных
времени
заполнения
компенсационной
ячейки
После регулирования
постоянных
времени
заполнения
компенсационной
ячейки

45. Изменение температуры корпуса на 1 К с возвратом на прежний уровень через 90 секунд

100
50
0
0
-50
-100
-150
200
400
600
800
1000

46. Колебания напряжения питания нагревателя от 40В до 80В с периодом 2 минуты. При этом колебания температуры корпуса ± 0,08 К.

20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
0
500
1000
1500

47. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КТС-4

Диапазон значений измеряемой энергии сгорания пробы
топлива от 10 до 35 кДж.
Пределы допускаемой основной относительной
погрешности измерения теплоты сгорания ± 0,1 %.
Время выхода теплового блока калориметра на заданный
температурный режим не более 1,5 часов.
Время получения результата измерения количества
теплоты сгорания пробы топлива без учета времени
подготовки - не более 0,5 часа.
Значение установленной фиксированной температуры
теплового блока калориметра
(25± 0,5) ºС.
Потребляемая мощность не более 900 В·А.
Масса калориметра всего не более 75 кг, в том числе:
- теплового блока - 55;
- электронного блока - 10;
- калориметрической бомбы - 2,0.