噴氣燃料熱值實(shí)驗(yàn)室測定研究

魏 徵，余紅偉，晏 欣，宋玉蘇，胡裕龍

(海軍工程大學(xué) 理學(xué)院化學(xué)與材料系，湖北 武漢 430033)

噴氣燃料是我軍主戰(zhàn)飛機(jī)的燃油，航空渦輪噴氣發(fā)動機(jī)噴氣燃料的熱值要高，才能保證發(fā)動機(jī)獲得較大的推力[1-2]，因此，測定噴氣燃料的熱值具有十分重要的意義。利用彈式量熱計(jì)測量熱值的方法和操作比較簡單，成功率高，是物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。何玉萼等[3]、鄭秋容等[4]、韓國彬[5]、羅澄源等[6]編寫的《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容均為測定固體樣品的熱值，而測定液體試樣熱值的實(shí)驗(yàn)只有周旭章等[7]編寫的《化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)與方法》書中有此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。孫紅梅[8]采用藥用膠囊裝取液體試樣的方法，測定了液體試樣的燃燒熱值；曾仁昌[9]等測定了乙醇的燃燒熱值；劉建平[10]等采用藥用膠囊裝取大豆油試樣的方法，對其燃燒熱值進(jìn)行了測定；韓民樂[11]等采用脫脂棉吸附的方法，測定了幾種試樣的燃燒熱值。本文探討利用彈式量熱計(jì)法測定噴氣燃料熱值的方法，可作為實(shí)驗(yàn)室測定的方法。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原料和儀器

原料:苯甲酸為分析純，天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠；正丙醇為分析純，天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠；點(diǎn)火絲為鎳絲，南京桑力電子設(shè)備廠；脫脂棉為醫(yī)用脫脂棉；噴氣燃料為3號，軍用。

儀器：SHR15型燃燒熱測定儀，南京桑力電子設(shè)備廠；YP-2型壓片機(jī)，上海山岳科學(xué)儀器有限公司；YCY-C型充氧器，南京桑力電子設(shè)備廠；SHR15型數(shù)字溫度計(jì)，南京桑力電子設(shè)備廠；梅特勒AI2000型電子天平，托利多儀器(上海)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理和方法

由于液體不能用彈式量熱計(jì)直接測量，因此采用脫脂棉吸附噴氣燃料后用彈式量熱計(jì)進(jìn)行測量，通過測定混合體系的熱值，然后利用蓋斯定律計(jì)算出噴氣燃料的熱值。

1.2.1 量熱計(jì)儀器常數(shù)的測定

本文采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)法測定量熱計(jì)的儀器常數(shù)K，選用苯甲酸作為基準(zhǔn)物質(zhì)。由彈式量熱計(jì)的基本原理可知：一定量被測物質(zhì)在氧彈中燃燒時(shí)，所釋放的熱量使氧彈本身及周圍的介質(zhì)和量熱計(jì)有關(guān)附件(氧彈、水桶、攪拌器以及感溫探頭等設(shè)備)的溫度升高，測量介質(zhì)在燃燒前后溫度的變化值，就能計(jì)算出該樣品的熱值。由下式可以得到量熱計(jì)的熱容C計(jì)：

L點(diǎn)火絲·Q點(diǎn)火絲+m苯甲酸·Q苯甲酸=

C(C水m水+C計(jì))ΔT=KΔT

(1)

式中：Q苯甲酸=-26 477 J/g；Q點(diǎn)火絲=-4.1 J/cm；L點(diǎn)火絲為點(diǎn)火絲燃燒長度，即點(diǎn)火絲燃燒前后的長度差，其值為(10-L燃燒后)cm;K為儀器常數(shù)，有

K=C水m水+C計(jì)

(2)

1.2.2 試樣熱值的測定方法

準(zhǔn)確稱取脫脂棉(約0.05 g)，并記錄其質(zhì)量；將脫脂棉放入坩堝中，用彈式量熱計(jì)測定其熱值，記為Q脫脂棉，則有：L點(diǎn)火絲·Q點(diǎn)火絲+m脫脂棉·Q脫脂棉=KΔT。另取一塊約0.05 g的脫脂棉，準(zhǔn)確稱量其質(zhì)量，放入坩堝中，用滴管滴取約0.5 g的待測油品于脫脂棉中，并準(zhǔn)確記錄噴氣燃料的質(zhì)量m樣，用彈式量熱計(jì)測定其熱值，記為Q樣+脫脂棉，則有：L點(diǎn)火絲·Q點(diǎn)火絲+m樣+脫脂棉·Q樣+脫脂棉=KΔT，則待測油品的熱值為

Q樣=Q樣+脫脂棉-Q脫脂棉

(3)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 量熱計(jì)儀器常數(shù)K的測定

量熱計(jì)測定儀器常數(shù)K的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。有ΔT=TH-TL，計(jì)算得到的K值見表1。3次測量的儀器常數(shù)平均值為15.216 kJ/k。

圖1 量熱計(jì)儀器常數(shù)K的測定結(jié)果

表1 儀器常數(shù)K

2.2 脫脂棉熱值的測定

脫脂棉熱值的測定結(jié)果見圖2，脫脂棉熱值的計(jì)算結(jié)果見表2。測得脫脂棉熱值的平均值為17.986 kJ/g。

圖2 脫脂棉熱值的測定結(jié)果

表2 脫脂棉熱值的計(jì)算

2.3 正丙醇熱值的測定

正丙醇熱值的測定結(jié)果見圖3，熱值的計(jì)算結(jié)果見表3。測得正丙醇的熱值平均值為1 966.284kJ/mol，與準(zhǔn)確值比較誤差為2.65%。

圖3 正丙醇熱值的測定結(jié)果

表3 正丙醇熱值的計(jì)算結(jié)果

由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差可知，本文采用的實(shí)驗(yàn)方法可行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合一般普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)要求[12]。

2.4 噴氣燃料熱值的測定

噴氣燃料熱值的測定結(jié)果見圖4。測得熱值的計(jì)算結(jié)果見表4，噴氣燃料熱值平均值為49.659 kJ/g。

圖4 噴氣燃料熱值的測定結(jié)果

表4 噴氣燃料的計(jì)算

3 結(jié)論

(1) 通過脫脂棉吸附噴氣燃料測定噴氣燃料熱值的實(shí)驗(yàn)方法，點(diǎn)火成功率高，裝置氧彈比較方便，因此，測定液體試樣宜采用此方法。

(2) 測得正丙醇的熱值為1 966.284 kJ/mol，與準(zhǔn)確值比較，相對誤差為2.65%，實(shí)驗(yàn)方法可行，符合普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)開設(shè)要求。

(3) 采用脫脂棉吸附法測定噴氣燃料的熱值為49.659 kJ/g。

[1] 熊云，許世海，劉曉，等.儲運(yùn)油品學(xué)[M].北京：中國石化出版社，2010：56-58.

[2] 熊云，許世海，劉曉，等.油品應(yīng)用及管理[M].2版.北京：中國石化出版社，2008:91-92.

[3] 何玉萼，龔茂初，陳耀強(qiáng).物理化學(xué)試驗(yàn)[M].成都：四川大學(xué)出版社，1993:36-43.

[4] 鄭秋容，顧文秀.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京：中國紡織出版社，2000:45-47.

[5] 韓國彬，陳良坦，李海燕，等.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].廈門：廈門大學(xué)出版社，2010:35-41.

[6] 羅澄源，向明禮.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京：高等教育出版社，2004:55-59.

[7] 周旭章，張慧思，蔡艷，等.化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)與方法[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2012:155-156.

[8] 孫紅梅.液體試樣燃燒熱的測定[J].牡丹江大學(xué)學(xué)報(bào)，2008:17(5)：95-96.

[9] 曾仁昌，賴煥然，潘湛昌，等.乙醇燃燒熱測定實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)工程與裝備，2010，25(7)：142-143.

[10] 劉建平，楊新麗，閆向陽.氧彈卡計(jì)測定食用大豆油熱值[J].廣州化工，2008，35(5)：110-113.

[11] 韓民樂，吳海霞，鄒丁艷，等.液體試樣燃燒熱的測定[J].洛陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，29(2)：208-209.

[12] 華東師范大學(xué)分析化學(xué)教研組，成都師范大學(xué)化學(xué)教研組.分析化學(xué)[M].4版.北京：高等教育出版社，1998:467-468.