Приложение D (справочное). Перечень параметров и процедур, контролируемых при проведении калориметрических испытаний

Приложение D
(справочное)

Перечень
параметров и процедур, контролируемых при проведении калориметрических испытаний

D.1 Введение

В настоящем приложении приведена информация, необходимая оператору при подготовке и проведении определения теплоты сгорания, включая градуировочные испытания, с использованием калориметров различного типа. В приложении повторены расчетные формулы, приведенные в основном тексте настоящего стандарта.

Основные условия эксперимента, общие для всех типов бомбовых калориметров, приведены в разделе D.2. В разделе D.3 содержится информация, относящаяся к использованию адиабатических калориметров. Раздел D.4 касается работы изопериболических калориметров, а раздел D.5 - работы высоко автоматизированных бомбовых калориметров. Калориметры со статическим кожухом можно рассматривать как изопериболические системы.

В настоящем приложении в скобках указаны номера разделов и подразделов основного текста или приложений А-С настоящего стандарта. Основная калориметрическая процедура описана в разделе 8. Процедуры градуировки приведены в 9.5 и 9.6. Испытания твердого топлива из бытовых отходов и вычисление результатов - в 10.2-10.4. Дополнительная информация, относящаяся к работе калориметров конкретного типа, приведена в следующих разделах:

- для адиабатических калориметров - в приложении А и разделе D.3;

- для изопериболических калориметров или калориметров со статическим кожухом - в приложении В и разделе D.4;

- для других типов калориметров - в приложении С и разделе D.5.

D.2 Выбор основных параметров

Условия градуировки

Основные параметры, устанавливаемые при градуировке и соблюдаемые при последующих испытаниях топлива (см. 9.2.2 и 9.3):

объем бомбы Vbomb, дм3	=
масса навески бензойной кислоты mba, г	=
масса воды, добавляемой в бомбу maq, г	= (можно заменить на объем Vaq, см3)
начальное давление кислорода рO, МПа	=
стандартная температура tref, °С	=

Пересчет теплоты сгорания бензойной кислоты на реальные условия сжигания в бомбе

Значение теплоты сгорания бензойной кислоты, полученное при пересчете, используют при расчете энергетического эквивалента калориметра (информация о пересчете приводится в сертификате бензойной кислоты, а также в 9.6.1 и 9.6.2).

Теплоту сгорания бензойной кислоты, указанную в сертификате (Дж/г), устанавливают при следующих условиях (9.2.1):

отношение (m_ba/V_bomb) равно 3,0 г/дм³;

отношение (V_aq/V_bomb) равно 3,0 см³/дм³;

значение р_O равно 3,0 МПа;

значение t_ref равно 25 °С (см. 8.7).

Пересчет теплоты сгорания, указанной в сертификате и выраженной в джоулях на грамм, проводят в соответствии с формулой, приведенной в сертификате.

Таким образом, получают значение высшей теплоты сгорания эталонной бензойной кислоты в реальных условиях сжигания Q_s,V,ba (Дж/г).

Количество воды в калориметрическом сосуде

a) При постоянной массе воды в калориметрическом сосуде (8.3; 9.6.1; 10.4.2)

масса воды в калориметрическом сосуде = г.

Или, альтернативно:

b) При постоянной общей массе калориметрического сосуда, воды в нем и бомбы в сборе (8.3; 9.6.2; 10.4.3)

общая масса (калориметрический сосуд + вода + бомба) = г.

Дополнительные параметры, которые необходимо учитывать

Длина проволоки для зажигания l_wire = см или константа Q_ign = Дж (9.4; 9.6.1).

Масса запала m_fuse = г или константа Q_fuse = Дж (9.4; 9.6.1).

Принимают решение, определять ли поправку на образование азотной кислоты Q_N для каждого отдельного испытания путем анализа продуктов сгорания либо принять эту поправку за постоянную величину (не обязательно одинаковую для испытаний бензойной кислоты и топлива) на грамм пробы или на одно испытание (9.4, 10.1).

D.3 Адиабатические калориметры

D.3.1 Определение исправленного подъема температуры

Выполняют необходимые процедуры настройки для достижения адиабатических условий (А.3.1, А.3.2, приложение А).

Определяют энергетический эквивалент калориметра и выбирают массу пробы, после чего делают прогноз ожидаемого подъема температуры , чтобы определить стартовую температуру (t_ref - ).

Приводят калориметр к начальному равновесному состоянию (см. А.4).

Проводят серию испытаний для определения продолжительности главного периода (А.4; 9.5).

По результатам измерений температуры во времени (, t_k) для нескольких сжиганий бензойной кислоты вычисляют для каждого отдельного испытания исправленный подъем температуры (см. А.5):

.

(D.1)

При существенном дрейфе температуры в конце главного периода значение вычисляют по формуле (см. А.5)

.

(D.2)

D.3.2 Определение энергетического эквивалента

Вычисляют энергетический эквивалент калориметра для отдельных градуировочных испытаний.

Для калориметров с постоянной массой воды в калориметрическом сосуде [D.2, перечисление а)] вычисляют по формуле

.

(D.3)

Для калориметров с постоянной общей массой [D.2, перечисление b)] вычисляют по формуле

,

(D.4)

где - энергетический эквивалент калориметра, равный для данного градуировочного испытания, рассчитанный как указано выше;

m_cr - масса тигля, используемого в данном градуировочном испытании (см. примечание в 9.6.2).

Вычисляют среднее значение или соответственно и проверяют, удовлетворяют ли полученные результаты требованиям к прецизионности, приведенным в 9.7.

Прибор отградуирован, установлены основные параметры испытаний и прибор готов для последующих испытаний проб топлива.

Значения справочных величин, необходимые для расчетов, приведены в 9.6.1.

D.3.3 Определение высшей теплоты сгорания при постоянном объеме

Проводят сжигание навески топлива из бытовых отходов в соответствии с инструкциями, приведенными в 10.2. вычисляют так же, как при градуировочных испытаниях.

Для калориметров с постоянной массой воды в калориметрическом сосуде [D.2, перечисление а)] значение вычисляют по формуле (см. 10.3.2)

.

(D.5)

Для калориметров с постоянной общей массой [D.2, перечисление b)] вычисляют по формуле (см. 10.3.3)

,

(D.6)

где - энергетический эквивалент калориметра, рассчитанный по формуле

;

m_cr - масса тигля, использованного в данном испытании, г.

Используют тигли, которые наилучшим образом подходят для сжигания конкретной пробы.

Значения справочных величин, необходимые для расчетов, приведены в 9.6.1 и 10.3.2.

D.4 Изопериболические калориметры

D.4.1 Определение исправленного подъема температуры

Устанавливают температуру воды в термостате, которая выбрана для испытаний (В.3, приложение В).

Оценив энергетический эквивалент калориметра и выбрав массу пробы, делают прогноз ожидаемого подъема температуры , чтобы определить стартовую температуру (t_ref - ).

Определяют условия начального равновесного состояния калориметра и принимают решение о продолжительности начального периода или начального периода равномерного подъема температуры (В.4.1, приложение В).

Используя данные, полученные при измерении температуры во времени (, t_k) в серии испытаний бензойной кислоты, вычисляют исправленный подъем температуры для отдельных испытаний, используя метод Реньо-Пфаундлера или метод экстраполяции Диккинсона (8.6.2 настоящего стандарта).

D.4.2 Определение энергетического эквивалента

Энергетический эквивалент калориметра вычисляют для отдельных градуировочных испытаний по формулам (D.3) или (D.4), приведенным в D.3.2.

Вычисляют среднее значение или соответственно и проверяют, удовлетворяют ли полученные результаты требованиям к прецизионности (см. 9.7).

Прибор отградуирован, установлены основные параметры испытаний и прибор готов для последующих испытаний проб топлива.

D.4.3 Определение высшей теплоты сгорания при постоянном объеме

Сжигают навески топлива в соответствии с инструкциями по 10.2 и 10.3. Значение вычисляют так же, как при градуировочных испытаниях.

Вычисляют высшую теплоту сгорания при постоянном объеме по формулам (D.5) или (D.6), приведенным в D.3.3.

D.5 Автоматизированные бомбовые калориметры

Работу на автоматизированных калориметрах осуществляют в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Исправленный подъем температуры обычно устанавливается системой автоматически.

При проведении градуировки необходимо убедиться, что для расчета энергетического эквивалента системой использовано правильное значение теплоты сгорания бензойной кислоты, соответствующее условиям испытания (раздел D.2).

Убеждаются, что результаты градуировочных испытаний удовлетворяют требованиям прецизионности. В случае необходимости проверяют систему, сжигая бензойную кислоту, как неизвестное вещество. Любые ограничения, установленные изготовителем прибора относительно массы сжигаемой пробы, должны быть соблюдены.

Определяют действительный рабочий диапазон параметров для последующих измерений.

В отдельных испытаниях выборочно проводят необходимые измерения для расчета поправок на теплоту сгорания проволоки для зажигания и теплоту образования азотной кислоты. Пока поправка на разложение серной кислоты до газообразного диоксида серы Q_S/m₁ не определена и не введена в программу обработки результатов, используют величину, приведенную в 10.3.2.