Лабораторная работа № 3

Определение теплоты сгорания углей по данным их влажности,

зольности и выхода летучих веществ

Цель работы - ознакомиться с методиками определения основных показателей технического анализа углей, овладеть практическими навыками работы на соответствующем лабораторном оборудовании и изучить на практике основы ускоренного метода оценки углей.

Лабораторная работа является комплексной. В её основу положено определение трех основных показателей углей – влажности , зольности и выхода летучих веществ на основании которых рассчитывается низшая теплота сгорания рабочей массы угля , являющаяся важнейшим показателем качества угля как энергетического топлива.

Теплота сгорания, обозначаемая обычно символом , представляет собой количество тепловой энергии (далее теплота, или тепло), выделяемой при полном окислении горючих компонентов топлива газообразным кислородом . При этом принято положение, что в результате реакций окисления образуются высшие оксиды и сера окисляется только до , а азот топлива выделяется в виде молекулярного азота. Теплота сгорания является удельной характеристикой. У твёрдых и жидких топлив относят к единице массы, то есть к 1 кг (удельная теплота сгорания), а у газообразных топлив - к единице объёма (объёмная теплота сгорания) при нормальных физических условиях, то есть при Р = Р 0 = 760 мм рт. ст. = 1 атм =101325 Па и
Т = Т 0 = 273,15 К (t = t 0 = 0°C). В связи с этим м 3 при этих условиях получил название «нормальный метр кубический » и рекомендуемое обозначение «нор. м 3 ». Таким образом, у газообразных топлив относят к 1 нор. м 3 . Принятые в технической литературе единицы измерения : «кДж/кг » («кДж/нор. м 3 ») или «МДж/кг » («МДж/нор. м 3 »). В старой технической литературе единицами измерения были «ккал/кг » («ккал/нор. м 3 »). При их переводе в современные единицы измерения следует помнить, что 1 ккал = 4,1868 кДж.

Количество тепла, которое пошло на нагрев продуктов полного сгорания 1 кг или 1 нор. м 3 топлива при условии, что в этих продуктах находится сконденсированный водяной пар, то есть вода, называется высшей теплотой сгорания топлива . Эта теплота обозначается как .

Если при сгорании топлива водяные пары не сконденсированы, то на нагрев продуктов сгорания будет израсходовано меньшее количество выделившегося тепла на величину скрытой теплоты конденсации водяного пара (скрытой теплоты испарения воды) . В этом случае тепло получило название низшей теплоты сгорания топлива и обозначается как . Таким образом, при определении не учитывается тепло, затраченное на испарение влаги самого топлива и влаги, образовавшейся при сгорании водорода топлива. Соответственно, величина связана с как .

Состав угля, как и любых других твёрдых топлив, выражают в процентах по массе (мас. %). При этом за 100 % наиболее часто принимают:

· состав в рабочем состоянии топлива (состав его рабочей массы), указывается верхним индексом «r »:

· состав в аналитическом состоянии (состав аналитической массы), указывается верхним индексом «а »:

· состав в сухом состоянии (состав сухой массы), указывается верхним индексом «d »:

· состав в сухом беззольном состоянии (состав сухой беззольной массы), указывается верхним индексом «daf »:

где массовые доли в соответствующей массе угля углерода, водорода, горючей серы, кислорода, азота, общей и аналитической влаги, мас. %; А – зольность соответствующей массы угля,мас. %.

Для определения теплоты сгорания углей, применяется единый стандартный метод – метод сожжения в калориметрической бомбе. При этом методе навеску аналитической пробы угля массой 0,8…1,5 г сжигают в атмосфере сжатого кислорода в герметически закрытом металлическом сосуде – калориметрической бомбе, которая погружена в определённый объём воды. По повышению температуры этой воды устанавливают количество тепла, выделившееся при сгорании навески. Это даёт теплоту сгорания топлива по бомбе В связи с тем что сгорание топлива происходит в довольно специфических

Рис. Принципиальная схема классического калориметра для определения теплоты сгорания твердых топлив

1 – калориметрическая бомба; 2 – мешалка; 3 – крышка термостата; 4 – система для зажигания навески; 5 – термометр или прибор его заменяющий; 6 – калориметрический сосуд; 7 – термостат.

условиях (атмосфера чистого кислорода, окисление горючей сера до SO 3 с последующим образованием в сконденсированной влаге азотной кислоты и так далее), величину пересчитывают на по следующей формуле:

где - теплота образования серной кислоты из SO 2 и растворения её в воде, численно равная 94,4 кДж в расчёте на 1 % серы ; - содержание серы «в смыве бомбы», представляет собой количество серы, перешедшее при сжигании в серную кислоту, в расчёте на исходную навеску угля, мас. % (разрешается использовать вместо содержание общей серы в аналитической массе угля , если (0,8% для бурого угля Канско-Ачинского бассейна, 1,0 для каменного угля и 1,2% для антрацита) , а (15,5 МДж/кг для бурого угля Канско-Ачинского бассейна, 15,7 для каменного угля и 16,0 МДж/кг для антрацита) ; a - коэффициент, учитывающий теплоту образования и растворения азотной кислоты, равный 0,001 для тощих углей и антрацитов и 0,0015 – для всех остальных топлив .

Зная , определяют сначала высшую теплоту сгорания рабочей массы топлив :

, (2)

где =МДж/кг или МДж/нор.м 3 ; =
= мас. %.

Коэффициент 24,62 в (3) отражает теплоту нагревания воды от
t 0 = 0°C до t = 100°C и её испарения при Р 0 = 101325 Па в расчёте на
1 мас. % воды.

Величина , рассчитанная на рабочее состояние топлива, соответствует фактической теплоте, выделяемой при его сжигании в топках, и поэтому широко применяется при теплотехнических расчётах. является интегральным показателем качества топлив и во многом определяет их потребительские свойства.

Одно из основных особенностей ископаемых углей – способность к разложению (деструкции) их органической массы при нагреве без доступа воздуха. При таком нагреве образуются газо- и парообразные продукты разложения, называемые летучими веществами. После удаления летучих веществ из зоны нагрева остаётся остаток, называемый коксовым остатком, или корольком. Поскольку летучие вещества не содержатся в углях, а образуются при их нагреве, то говорят о «выходе летучих веществ», а не об их содержании в углях.

Под выходом летучих веществ понимают относительную массу летучих веществ, выраженную в процентах, образующихся при термическом разложении угля в стандартных условиях . Выход летучих обозначается символом V , а нелетучий (коксовый) остаток – NV .

Парообразная часть летучих веществ состоит из конденсирующихся углеводородов, представляющих собой группу маслянистых и смолистых веществ, являющихся ценнейшим химическим продуктом.

Газообразная часть летучих веществ состоит из углеводородных газов предельного и непредельного рядов (СН 4 , C m H n и так далее), оксида и диоксида углерода (СО , CО 2 ), водорода (Н 2 ) и так далее.

В состав нелетучего остатка входит в основном углерод и минеральные примеси в виде золы.

Выход летучих веществ – один из главных классификационных параметров ископаемых углей. На основании значений выхода летучих и характеристики коксового остатка оценивают пригодность углей для коксования и поведения углей в процессах переработки и сжигания.

Сущность стандартного метода определения выхода летучих веществ заключается в нагревании навески аналитической пробы угля массой 1±0,1 г без доступа воздуха при t = 900±5 °С в течение 7 мин . Выход летучих веществ определяется по потере массы исходной навески с учётом содержания влаги в топливе.

Величину выхода летучих из аналитической пробы вычисляют по формуле

(4)

где = мас. %; - потеря массы навески угля после выделения летучих веществ, г ; - масса исходной навески угля, г ; - содержание влаги в исходной навеске аналитической пробы угля, мас. %;

- выход нелетучего остатка из аналитической пробы испытуемого угля, %, вычисляют по формуле

Выход летучих веществ на сухое беззольное состояние угля определяется следующим образом:

. (6)

Допускаемые расхождения между результатами двух параллельных определений по абсолютным величинам не должны превышать 0,3 мас. % при мас.%; 0,5мас. % при мас. %; 1,0 мас. % при мас. %.

Для определения выхода летучих веществ применяют:

Подставки для установки тиглей в муфельную печь из жаростойкой стали или проволоки;

Электропечь муфельную с терморегулятором с максимальной температурой нагрева не менее 1000° С, имеющей отверстие в передней дверце для свободного удаления летучих веществ (если нет отводной трубки для удаления этих веществ) и размещения контрольной термопары и в задней стенке для установки термопары.

Температуру измеряют с помощью стационарной термопары. Из аналитической пробы угля отбирают в предварительно взвешенные тигли две навески угля массой (1 ± 0,01) г .. Навеску распределяют по дну тигля ровным слоем, слегка постукивая тиглем о чистую сухую поверхность. Тигли закрывают крышками и тщательно, с точностью до 0,0002 г взвешивают закрытые тигли с навесками.

Тигли с навесками угля и закрытыми крышками устанавливают каждый на свою подставку и быстро вносят в муфельную печь, предварительно разогретую до t = 900±5°С, что фиксируется стационарной термопарой. Дверцу печи закрывают. Ровно через 7 мин (±5 сек ) подставки с тиглями вынимают из печи и охлаждают – сначала на воздухе в течение 5 мин, не снимая с тиглей крышек, а затем в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивают с точностью до 0,0002 г . Результаты всех измерений и расчётов заносят в табл.1.

Величины вычисляют по формуле (7), а - по формуле (8):

(7)

(8)

Порядок выполнения работы

1. Подготовить необходимые таблицы и провести необходимые расчеты. Результаты записать в табл.1 и табл.2.

Таблица 1

Результаты определения выхода летучих веществ

3. Используя полученные в лабораторной работе №2 значения (10,03%), (13,14%) и (30,7% из табл.1), рассчитать и , входящие в перечень необходимых показателей технического анализа углей, и (11,82%), необходимую для расчёта .

4. Учитывая марку предложенного в работе угля и используя полученные показатели, определить величину угля с применением следующих методов.

Метод 1. Использовать взаимосвязь между и , предложенную

Летучие вещества в углях - это вещества, выделяющиеся в процессе нагревания угля в стандартных услови­ях при температуре (850±10) 0 С. В состав летучих веществ входят: влага, летучие органические части угля, частично продукты разложения некоторых минералов. От бурых углей к каменным и далее к антрацитам содержание летучих веществ последовательно падает от 50 до 4%. Твердая масса, которая остается после удаления летучих веществ, носит название коксового остатка. Содержание летучих веществ и характер коксового остатка имеют большое значение при определении свойств спекаемости углей.

Выход летучих веществ, определенный как отношение их массы к единице массы угля (в процентах) и пересчитанный на сухое беззоль­ное топливо, характеризует состав и степень углефикации его органического вещества. В антраци­тах выход летучих не более 8%, в каменных уг­лях – от 8 до 50% и в бурых – 45-60%. Особенно велик выход летучих в сапропелитах (80% и бо­лее). Угли, обладающие сходными технологически­ми свойствами, в определенных условиях могут отличаться по выходу летучих веществ на 10%.

Для обеспечения нейтральной атмосферы используйте азот или аргон показателями потока от 0,7 до 1,4 от изменений объема печи за минуту для выметания летучих веществ. Поднимите температуру печи таким образом, чтобы температура выросла с 107 0 С до 950 ± 20 0 С за период времени, равному 26-30. Запрограммируйте прибор на удержание этой температуры на 7 минут. ТГА взвешивает закрытые тигли через определенные промежутки времени в течение роста температуры печи. Масса тиглей с крышками в конце выдержки
7-минутного периода времени используется для подсчета летучих веществ.

Если определение летучих веществ в анализируемом образце проводится непосредственно после определения влажности (в две стадии последовательного определения влажности, затем - летучести), то летучесть (в процентах), V, определяется следующим образом:

V = [(B-C) /W] × 100

где C – масса тестируемого образца после нагрева (в граммах).

Если определение летучих веществ проводится отдельно, то летучесть определяется следующим образом:

D = (W-C) /W × 100

где D – потеря массы, %; V = D – M

Основные параметры для определения летучести:

Температура – 915 о С.

Скорость нагрева – 30 о С/мин.

Тип – остановка по времени.

Выдержка – 7:00.

Газ – азот.

С крышкой.

Взвешивание при нагреве.

В специальной программе (на компьютере), которая управляет прибором ТГА, содержание летучих веществ определяется по формуле:

(Х–X–В)/X*100

где Х - вес пробы в начале анализа; X - вес пробы в конце этапа 1; В - вес крышечки тигля в начале анализа

Выход летучих веществ

(a. content of volatile agents; н. Gehalt an fluchtigen Bestandteilen; ф. teneur en matieres volatiles; и. desprendimiento de substancias volatiles ) - показатель качества твёрдых горючих п. и., учитываемый при определении их рационального пром. использования. - газообразные и парообразные продукты, выделяющиеся при нагревании горючих ископаемых в стандартных условиях (в CCCP) при t 850±10°C. При коксовании и полукоксовании ископаемых углей, в процессе термич. обработки горючих сланцев улавливаются и используются как ценное хим. сырьё. Oпределение B. л. в. стандартизировано; в CCCP оно производится в соответствии c условиями, предусмотренными гос. стандартами (ГОСТ 6382-75 для ископаемых углей, ГОСТ 7303-77 для антрацитов, ГОСТ 12270-66 для горючих сланцев, ГОСТ 3929-75 для кокса).
B. л. в., определённый как отношение массы летучих веществ к единице массы топлива (в %) и пересчитанный на cyxoe беззольное его состояние V daf характеризует состав и его органич. вещества. Для V daf составляет ок. 70%, горючих сланцев 70-85%, гумусовых углей бурых в пределах 60-33%, кам. углей 50-8%, антрацитов 9-2%. Bеличина V daf используется в CCCP и за рубежом как один из осн. параметров классификаций подразделения кам. углей на марки; для классификации антрацитов определяется объёмный B. л. в. - объём газов разложения единицы массы антрацита V daf м 3 /кг. Для снижения искажающего влияния на величину B. л. в. неорганич. примесей в топливе определение B. л. в. производится на пробах c зольностью A d не выше 10%; при более высокой зольности материал для проб подвергается предварит. обогащению. K. B. Mиронов.

Горная энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . Под редакцией Е. А. Козловского . 1984-1991 .

Смотреть что такое "Выход летучих веществ" в других словарях:

Выход летучих веществ - Масса летучих продуктов разложения единицы массы твердого топлива при его нагревании без доступа воздуха в установленных стандартных условиях Источник: РД 153 34.0 44.219 00: Топливо твердое минеральное. Определение теплоты сгорания летучих… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

выход летучих веществ - Количество газо и парообразных веществ, выделяющихся при нагревании топлива без доступа воздуха в определённых условиях с поправкой на содержание влаги [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN… …

выход летучих веществ угля - Масса летучих веществ единицы массы угля, определяемая в установленных стандартом условиях. [ГОСТ 17070 87] Тематики угли Обобщающие термины состав, свойства и анализ углей EN yield of volatile matter … Справочник технического переводчика

выход летучих веществ на сухую беззольную массу топлива - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN volatiles on dry ash free basisVdaf … Справочник технического переводчика

Выход летучих веществ угля - 77. Выход летучих веществ угля Е. Yield of volatile matter Масса летучих веществ единицы массы угля, определяемая в установленных стандартом условиях

Анализ крови на количественное содержание летучих токсических веществ (фенол, формальдегид)
Под отравлением (интоксикацией) следует понимать структурные и функциональные изменения организма, вызванные внешними химическими факторами. Внешние химические факторы называют ядами.

Находясь в организме, ядовитые вещества под влиянием ферментов и других биологически активных веществ подвергаются химическим превращениям.

Находясь в организме, ядовитые вещества под влиянием ферментов и других биологически активных веществ подвергаются химическим превращениям (окислению, восстановлению, гидролизу и др.) с образованием чаще всего безвредных соединений. В других случаях образуются промежуточные продукты, обладающие более выраженными токсическими свойствами (ацетальдегид, щавелевая кислота, формальдегид соответственно - при отравлении этиловым алкоголем, этиленгликолем, метиловым спиртом). Одним из путей превращения ядовитых веществ в организме является образование свободных радикалов, обладающих способностью повреждать внутриклеточные мембраны с последующей гибелью клеток. Как правило, некоторая часть яда выводится из организма в неизмененном виде.

Фенолы
Фенолы - карболовая кислота, крезол, резорцин, гидрохинон. Бесцветные или окрашенные кристаллы либо аморфные вещества; часто имеют сильный характерный запах.

Оказывают местное прижигающее, психотропное (наркотическое), нейротоксическое (судорожное), нефротоксическое действие. Смертельная доза при приеме внутрь - 2 г. Возможны отравления парами фенолов при попадании через рот или на кожу. Всасывание быстрое. При приеме внутрь фенол быстро всасывается кровью, транспортируется и распределяется по всему организму. В печени фенол подвергается биотрансформации: 10 % фенола окисляется до двухатомных фенолов (орто- и пара -соединений). При отравлении фенолом у больного темно-зелёное окрашивание мочи объясняется присутствием в ней гидрохинона и хингидрона.

Фенол относится к группе печёночных ядов. Его гепатотоксическое действие проявляется в развитии токсической дистрофии печени. Выражается в увеличении размеров печени и появления боли в печени. Также появляется желтуха, бледность, головокружение, признаки геморрагического диатеза, повышение температуры тела, нарушение психической деятельности. Церебротоксическое действие фенола проявляется печёночной энцефалопатией. Тяжелые формы отравления фенолом сопровождаются потерей сознания и печёночной комой. При попадании фенола в организм через рот наблюдаются боли в желудке, понос, иногда с кровью, рвота беловатыми, хлопьевидными массами, появляется запах фенола изо рта, моча приобретает оливковое окрашивание. На вскрытии: слизистые оболочки рта, пищевода и желудка покрыты молочного цвета пятнами, жесткими на ощупь. Отмечаются белковое и жировое перерождение паренхиматозных органов, мелкие кровоизлияния во внутренних органах и тканях мозга.

Формальдегид
Формальдегид представляет собой бесцветный газ с резким раздражающим запахом. Хорошо растворим в воде, спиртах и других полярных растворителях.

Формалин - водный раствор формальдегида (обычно 37 - 40 %), содержащий 6-15 % метанола (ингибитор полимеризации формальдегида). Представляет собой бесцветную жидкость с характерным острым запахом.

Формальдегид используют в органическом синтезе, в производстве синтетических смол и пластмасс, для синтеза многих лекарственных средств и красителей, для дубления кож, как дезинфицирующее, антисептическое и дезодорирующее средство.

При вдыхании воздуха, содержащего большое количество формальдегида, развиваются явления острого отравления со слезотечением, резким кашлем, чувством стеснения в груди. При приёме внутрь (в большинстве случаев ошибочном) в результате всасывания формальдегида наблюдается потеря сознания, судороги, угнетение нервных центров, раздражение почек.

Подготовка
Кровь
Токсикологическое обследование не требует специальной подготовки. Рекомендуется взятие крови не ранее чем через 4 часа после последнего приема пищи.
Перед диагностикой не рекомендуется подвергать себя стрессовым ситуациям, принимать спиртные напитки и курить.
Рацион и прием лекарственных препаратов не влияет на результат исследования.

Моча
Накануне сдачи анализа не рекомендуется употреблять в пищу овощи и фрукты, которые могут изменить цвет мочи (свекла, морковь, клюква и т.п.), принимать диуретики.

Собирают утреннюю порцию мочи, выделенную сразу же после сна. Перед сбором мочи необходимо провести тщательный гигиенический туалет внешних половых органов. При первом утреннем мочеиспускании небольшое количество мочи (первые 1-2 сек) выпустить в унитаз, затем собрать всю порцию мочи в чистую емкость, не прерывая мочеиспускания. Мочу отлить в стерильный пластиковый контейнер с завинчивающейся крышкой приблизительно 50 мл. Во время сбора мочи желательно не касаться контейнером тела. Доставить контейнер с мочой в медицинский офис необходимо как можно скорее с момента взятия биоматериала.

Интерпретация результатов

Кровь, моча
Единицы измерения: мкг/мл.

Ответ выдается в количественном формате.

Cтраница 1

Состав летучих веществ, образующихся на поверхности горящих твердых материалов, как правило, чрезвычайно сложен. Все те из них, которые представляют интерес с точки зрения пожарной опасности, являются полимерными материалами с высокой относительной молекулярной массой. Из двух основных типов полимеров (полимеров, полученных ступенчатой полимеризацией, и конденсационных полимеров) первый является простейшим, так как полимеры этого типа формируются путем непосредственного добавления мономерных звеньев к концу растущей полимерной цепи.  

В состав летучих веществ входят ценные вещества, которые широко применяются в народном хозяйстве.  

В состав летучих веществ сходят горючие газы - окись углерода СО, водород Н2, различные углеводороды CnHm и негорючие газы - азот N2, кислород О %, углекислый газ СОг и др., а также водяные пары.  

В состав летучих веществ входят растворители, разбавители влага и другие соединения, содержащиеся в лакокрасочном материале и улетучивающиеся при формировании покрытий.  

В состав летучих веществ наряду с водородом и метаном входят смолистые продукты в виде паров и мельчайших капель, которые при температуре ниже 700 С могут вызывать спекание кокса и закупоривание дымоходов и аппаратуры.  

В состав летучих веществ входят водяные пары, кислород, азот, летучая сера, а также различные углеводороды. При достаточно высокой температуре горючие компоненты в летучих веществах горят ярким пламенем, поэтому состав и количество летучих оказывают существенное влияние на процессы воспламенения и горения топлива, а также и на объем топочной камеры.  

Количество и состав летучих веществ в твердом топливе обусловливает участие и значимость в газогенераторном процессе сухой перегонки и газификации кокса, а также состав и качество получаемого генераторного газа. Поэтому для разного топлива и применительно к требованиям, предъявляемым к газу двигателями, устанавливают разные системы газогенераторов.  

На первый взгляд, может показаться, что состав летучих веществ оказывает второстепенное влияние на их горение в газовой смеси, однако такая точка зрения не позволяет разобраться в особенностях динамики пожара. Химическая активность летучих веществ оказывает влияние на характер стабилизации пламени у поверхности горючего твердого материала (разд. Последнее влияет на количество тепла, излучаемого пламенем в окружающее пространство и в сторону поверхности горения (разд. Так, летучие вещества, содержащие молекулы ароматических углеводородов типа бензола [ из углистого остатка, образованного в результате обрыва ветвей главной цепи молекул поливинилхлорида, уравнение (РЗ) ], или стирола (из полистирола), дают коптящее пламя с высокой относительной излучательной способностью (разд. Ниже будет показано, как эти факторы влияют на скорость горения твердых и жидких веществ (разд. В некоторых случаях состав летучих веществ определяет стгпень токсичности продуктов сгорания (ср.  

Немаловажным достоинством является возможность определения продуктов метаболизма живых культур, что позволяет изучать состав летучих веществ в процессе роста микрофлоры в анаэробных условиях. Большое значение для выполнения массовых анализов имеет также возможность использования уже существующих автоматических парофазных анализаторов и специальных приспособлений, описанных в гл.  

Это обусловлено как сложностью состава подобных смесей вредных веществ, корректный анализ которых с помощью одной лишь газовой хроматографии попросту невозможен, так и наличием в составе летучих веществ резины и других эластомеров высокомолекулярных соединений сложной структуры (часто с несколькими гетероатомами), анализ которых хромато-графическими метод ами чрезвычайно затруднителен.