Приложение Е (справочное). Примеры, иллюстрирующие основные расчеты, приведенные в настоящем стандарте, при работе на автоматизированном бомбовом калориметре

Приложение Е
(справочное)

Примеры,
иллюстрирующие основные расчеты, приведенные в настоящем стандарте, при работе на автоматизированном бомбовом калориметре

Примечание - Данный пример относится к работе на адиабатическом калориметре. Отличие автоматизированных калориметров различного типа (адиабатический, изопериболический) состоит в способе определения разницы температур: либо путем измерения двух температур (t_i и t_f), либо путем вычисления исправленного подъема температуры . Следует обратить внимание на определение корректирующих поправок, особенно Q_fuse и Q_ign, так как они могут немного отличаться в приборах от разных производителей.

Е.1 Расчет высшей теплоты сгорания при постоянном объеме

Таблица Е.1 - Результаты, полученные при градуировке

N	mba, г	ti, K	tf, K	, K	Qfuse, Дж	Qign, Дж	NaOH, см3	QN, Дж	, Дж/К
1	1,0282	1,059	4,102	3,043	0	21,5	6,5	39,0	8962
2	1,0525	0,454	3,568	3,114	0	21,5	5,9	35,4	8963
3	1,0019	0,892	3,859	2,967	0	21,5	6,4	38,4	8957
4	1,0229	0,942	3,970	3,028	0	21,5	5,7	34,2	8959
5	1,0146	0,373	3,375	3,002	0	21,5	6,4	38,4	8964

Средняя величина - 8961.

Q_s,V,ba = 26465 Дж/г.

l_wire = 10 см; сгорает 8 см проволоки (q_ign = 2,69 Дж/см).

Запал не использовали.

NaOH [с = 0,1 моль/дм³].

Исправленный подъем температуры

Исправленный подъем температуры равен непосредственно наблюдаемому подъему, т.е. разнице начальной и конечной температур (t_f - t_i) (см. выше).

Расчет энергетического эквивалента

Энергетический эквивалент вычисляют путем деления общего количества тепла, выделившегося в результате процессов, происходящих в бомбе (), на величину подъема температуры (3,043), т.е.  = 8962 Дж/К.

Расчет высшей теплоты сгорания

При сжигании приблизительно 1 г аналитической пробы биотоплива параметры испытания были следующие:

m1 = 1,1924 г;	Qfuse = 0;
lwire = 8 см;	Qign = 21,5 Дж;
= 2,630 К;	QN,S = 29,4 Дж.

Поправка на теплоту образования азотной кислоты и часть поправки на теплоту образования серной кислоты Q_N,S определена титрованием раствором NaOH [10.3.2, метод с)].

Высшую теплоту сгорания аналитической пробы биотоплива рассчитывают как произведение () минус поправки на теплоту сгорания запальной проволоки и на теплоту образования азотной кислоты, т.е. (21,5 + 29,4) Дж, деленное на массу навески биотоплива m₁:

,

где вместо значения использовано значение .

Массовая доля серы в аналитической пробе биотоплива составляла 0,02 %. Поправка на теплоту разложения водного раствора серной кислоты до газообразного диоксида серы, которую необходимо вычесть из 19722 Дж/г, составляет Дж/г [].

Высшая теплота сгорания аналитической пробы биотоплива при постоянном объеме составляет 19721 Дж/г.

Массовая доля общей влаги биотоплива () составляла 40,0 %; массовая доля аналитической влаги (W^a) - 3,0 %. Высшую теплоту сгорания сухой пробы при постоянном объеме (на сухое состояние) рассчитывают следующим образом:

.

В пересчете на исходное биотопливо (на рабочее состояние) высшая теплота сгорания при постоянном объеме составляет

.

Е.2 Расчет высшей теплоты сгорания при постоянном давлении

Если биотопливо сжигают в атмосфере кислорода при постоянном давлении, а не при постоянном объеме, как в калориметрической бомбе, объем газовой фазы изменяется. Водород биотоплива, реагируя с газообразным кислородом, образует жидкую воду, что приводит к уменьшению объема системы. Углерод биотоплива реагирует с газообразным кислородом, образуя равный объем газообразного диоксида углерода, и, следовательно, изменения объема системы не происходит. За счет кислорода и азота биотоплива происходит увеличение объема газообразной фазы. Изменение объема газовой фазы (моль/г пробы), происходящее при сгорании биотоплива, можно рассчитать по формуле

,

где Н, О и N - массовые доли (%) общего водорода, кислорода и азота в биотопливе соответственно, рассчитанные на то состояние биотоплива, для которого проводят пересчет высшей теплоты сгорания при постоянном объеме на высшую теплоту сгорания при постоянном давлении.

Разницу между высшей теплотой сгорания при постоянном объеме и при постоянном давлении можно оценить работой (энергией), которую производит среда для сохранения постоянства давления. Для того, чтобы определить эту работу, значение следует умножить на RT, заменяя изменение объема (моль/г пробы) на изменение энергии (Дж/г пробы). Здесь R - универсальная газовая постоянная, равная работе расширения 1 моля газа с сохранением постоянного давления при нагревании на 1 К (R = 8,315 ); T - стандартная температура при определении теплоты сгорания углей, равная 298,15 К или 25 °С.

Соотношение между значениями высшей теплоты сгорания при постоянном давлении и при постоянном объеме для сухого состояния топлива выражается уравнением:

,

где H^d, O^d и N^d - см. 12.2.

Минеральное вещество топлива не дает вклада в Н, О и N. Тем не менее, подстановка в формулу H^d, O^d и N^d приводит к незначительной погрешности. Коэффициент при N^d равен 0,9, но может быть взят таким же, как и для кислорода, т.к. этот член выражения, как таковой, является малой величиной.

Е.3 Расчет низшей теплоты сгорания

Е.3.1 Низшая теплота сгорания при постоянном объеме

Теплота испарения воды при постоянном объеме и температуре 25 °С составляет 41,53 кДж/моль. Это соответствует значению 206,0 Дж/г пробы в расчете на 1 % водорода в пробе топлива или 23,05 Дж/г пробы в расчете на 1 % воды в пробе топлива.

Низшую теплоту сгорания сухой пробы топлива при постоянном объеме получают расчетным путем из соответствующей высшей теплоты сгорания, например:

,

где H^d - массовая доля водорода сухого топлива, % (см. 12.2).

Низшую теплоту сгорания рабочего топлива с массовой долей общей влаги при постоянном объеме рассчитывают по формуле

.

Е.3.2 Низшая теплота сгорания при постоянном давлении

Теплота испарения воды при постоянном давлении и температуре 25 °С составляет 44,01 кДж/моль. Это соответствует значению 218,3 Дж/г пробы в расчете на 1 % водорода в пробе топлива или 24,43 Дж/г пробы в расчете на 1 % воды в пробе топлива.

Низшую теплоту сгорания сухого топлива при постоянном давлении рассчитывают, исходя из высшей теплоты сгорания сухого топлива при постоянном объеме, по формуле

.

Низшую теплоту сгорания рабочего топлива с массовой долей влаги при постоянном давлении рассчитывают по формуле

.

E.4 Использование установленных или принятых элементных составов биотоплива для вычисления теплоты сгорания

Высшую и низшую теплоту сгорания природного биотоплива можно рассчитать по элементному составу, т.е. используя массовые доли водорода (Н), азота (N), кислорода (О) и серы (S), приведенные в документе, удостоверяющем качество биотоплива. При отсутствии экспериментально определенного элементного состава может быть использован принятый элементный состав по ГОСТ 32985.

Принятые элементные составы биотоплива в приложении F приведены на сухое беззольное состояние топлива. Пересчет на другие состояния производят по формулам, приведенным в EN 15296.

Для прочих биотоплив, а также для смешанного биотоплива и биотопливных смесей определение содержания С, Н, N, S и зольности проводят одновременно с определением теплоты сгорания (см. ГОСТ 32985).

Массовую долю кислорода на сухое состояние биотоплива рассчитывают по разности (EN 15296):

,

где A^d - зольность сухого топлива.

Примечание - В твердых биотопливах массовые доли хлора и серы незначительны, поэтому при расчете массовой доли кислорода ими можно пренебречь.