Для считывания показаний темпер; гуры с требуемой точностью необходим оптический прибор для наблюдения с увел и гением примерно в пять раз.
Желательно иметь механический вибратор для легкого постукивания по термометру в течение 10 с перед считг шанием температуры, чтобы предотвратить прилипание ртутного столбика. Если его нет. необходимо постукивать вручную, например, карандашом.
Т и гс л ь и з к в а р ц а. р о м о и и к е л е в о г о с и л а в а п л и п л а т и и ы
Для испытания угля тигель должен иметь плоское основание, диаметр 25 мм и высоту не более 20 мм. Тигель из кварца должен иметь стенки около 1,5 мм толщиной, а металлический — около 0,5 мм. При испытании высокозольных углей для уменьшения ошибки от неполного с орания рекомендуется использовать мелкий тигель из хромоникелевой фольги ТОЛЩИ Iі ОЙ около 0,25 мм.
При испытании кокса тигель из хромоникелевой фольги, который применяется для угля, должен бьггь обмурован пастой из плавленого алюминосиликатного цемента (6.3). После сушки при 50—60 еС избыточный цемент должен бьггь счищен, ’ггобы образо іьеіс я гладки й слой об муj -овки г ш ш и ной пр им ер но 1,5 мм. Затем ті t гел ь иео б- ходимо обжигать в течение 2 ч при 1000 еС. Перед использованием на основание обмурованного тигля должен быть нагесел оксид алюминия в количестве 0,3 і* (6.4) и угграмбован с помощью метан іическ но стержня с плоским концом.
Для бензойной кислоты пригоден любой тигель, который применяется при испытании угля. Если происходит прилипание нссгоревшего угля, может быть использован небольшой тигель из хромоникелевой фольги, например диаметром 15 мм, глубиной 7 мм и толщиной стенок 0,25 гм.
Це п ь з а ж и в а н и я
В качестве электропитания должен использоваться ток 6—12 В, переменный после понижающего трансформатора или пос гоянный ток от батареек. Желательно включить в цепь амперметр или вспомогательную лампу, указывающую на прохождение тока. Пусковой тумблер должен быть пружинным, нормально разомкнутым.
Примечание — Пусковой тумблер не должен устанавливаться на калориметре.
Оборудование, находящееся под давлением
Регулятор давления для контроля наполнения бомбы кислородом.
Манометр (0—5 МПа) для измерения давления в бомбе.
Предохранительный клапан или разрывной диск, срабатывающий при давлении 3,5 МПа, установленный на подводящей линии дія предотвращения переполнения бомбы.
Примечание — Оборудование дія работы с кислородом под высоким давлением должно быть защищено от по гадания масла и смазки. Нельзя испытывать или калибровать манометры с помощью жидкого углеводорода.
Таймер, установленный в удобном месте и показывающий минуты и секунды. Он может быть снабжен устройством для подачи звуковых сигналов продолжительностью 10 с с различными интервалами, начиная с 1 мин.
8 ПРОБА
Уголь или кокс, используемые дія определения теплоты сгорания, должны представлять аналитическую пробу, измельченную до прохождения через сито с отверстиями 200 мкм. Пробу следует подсушить в тонком слое в течение времени, минимально необходимого для установления приблизительного равновесия между содержанием влаги в пробе и влажною воздуха в лаборатории. Непосредственно перед испытанием пробу перемешивают, прсдно’ггительно с помощью механического устройства. Навески для повторных определений должны быть взяты одновременно. Содержание влаги в пробе должно быть определено одновременно с теплотой сгорания, шобы можно было выполнить соответствующую корректировку.
9 ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ
9-І Ад и а б ат и ч е с к и й к а л о р и м е т р
Взвешивают тигель (7,6) с поірейшотгыо до 0,1 мг и помещают в него пробу в количестве, достаточном для того, чтобы температура поднялась на 2—3 К (примечание 1 к 9.2).
Взвешивают тигель вместе с содержимым, чтобы определить массу взятой пробы.
Присоединяют запальную проволоку к клеммам бомбы. Хлопчатобумажную нить известной массы присоединяют к запальной проволоке (примечание 2 к 9.2).Располагают концы хлопчатобумажной пити тік, чтобы они касшшсь пробы.
Наливают в бомбу 5 см' дишилл проча иной воды. Собирают бомбу и медленно наполняют ее кислородом до давления і МГІа без вытеснения находящегося в ней
2«ГОСТ 147—95
воздуха. Если случайно окажется, что после наполнения бомбы кислородом давление в ней превысит 3,3 МПа, прекращают испытание и начинают сначала.
Наливают в сосуд калориметра воду в количестве, достаточном дія покрытия верхней поверхности крышки бомбы. Это количество воды должно быть таким же (с погрешностью до 1 г), как и то, которое использовалось при определении средней эффективной теплоемкости калориметра (приложение А). Ставят сосуд калориметра в водяную рубашку: опускают бомбу в калориметр и удостоверяются в ее герметичности. Если происходит утечка газа из бомбы, испытание прерывают, устраняют причину утечки и начинают испытание сначала.
Собирают и включают аппарат. Перемешивание выполняют с такой постоянной скоростью, чтобы продолжительность установленного периода до определения (приложение А, А.4) не превышала 10 мим. Выбирают положение мостовой схемы таким образом, чтобы при конечной темпера гуре отклонение температуры сосуда калориметра было минимальным.
Через 10 мин после включения аппарата, слегка постучав по термометру, снимают показание температуры с точностью до 0,001 К (температура зажигания г$). Зажигают пробу топлива; тумблер держат включенным только в течение периода, достаточного для воспламенения проволоки для зажигания.
Примечание-Во время горения пробы и в течение последующих 20 с нельзя наклоняться над калориметром.
После определенного периода, который был установлен во время определения эффективной теплоемкости системы (приложение А), снова, постучав по термометру, считывают показание с точностью до 0,001 К (конечная температура /д). Когда для считывания показания стеклянного ртутного термометра применяется увеличивающий оптический прибор, нес>бходимо позаботиться о том, чтобы избежать ошибки в результате паршшакса.
Вынимают бомбу из калориметра, сбрасывают давление и разбирают бомбу. Обследуют бомбу изнутри и, если обнаруживают нес горевшее, топливо и отложения сажи, испытание прекращают.
Когда испытывают некоторые инертные виды кокса, остаток в бомбе часто содержит поддающуюся обнаружению несгоревшую часть пробы. Поправочный коэффициент для такого постоянно существующего недожога может быть вычислен по количеству несгоревшего углерода, которое можно определить методом, описанным в примечании 3 к 9.2.
Содержимое бомбы смывами* диет и пиро ванной водой в химический стакан. Промывают дистиллированной водой тигель, нижнюю поверхность крышки бомбы, и воду сливают в химический стакан. Разбавляют примерно до 100 см1 и кипятят, чтобы улетучился диоксид углерода. В горячем состоянии титруют раствором гидроксида бария (6.5.1), используя раствор <] Фенолфталеина (6.6.2) в качестве индикатора. Добавляют 20 смэ раствора карбе пата нттрия (6.5.2), отфильтровывают теплый раствор и промывают осадок дистиллироваї ной водой. Когда фильтрат остынет, титруют его с помощью раствора соляної і кислоты (6.5.4), используя в качестве индикатора раствор метилоранжа (6.6.1). Эти процессы титрования минут не проводиться, если известны содержание серы в упк и поправка на образование азотной кислоты. Приложение 4 к 9.2.
9.2 Изотермические и статические ыл ори метры
Взвешивают тигель (7.6) с чоіреіініостью до 0,1 мг и помещают в него пробу в количестве, достаточном, чтобы поді ять температуру на 2—3 К (примечание 1).
ГОСТ 147—95
Взвешивают тигель с содержимым ДЛЯ определения массы взятой пробы.
Присоединяют к клеммам бомбы запальную проволоку для зажигания пробы, Привязывают к проволоке хлопчатобумажную нить с известной массой (примечание 2) и располагают ее концы гак, чтобы они касались пробы.
Наливают в бомбу 5 смл дистиллированной воды. Собирают бомбу и медленно наполняют ее кислородом до создания в ней давления 3 МПа без вытеснения находящегося в ней воздуха. Если случайно давление окажется выше 3.3 МПа, испытание прекращают и начинают его сначала,
Наливают в сосуд калориметра волу в количестве, достаточном для покрытия верхней поверхности крышки бомбы. Это количество должно быть таким же (с погрешностью до 1 г), как при определении средней эффективной теплоемкости. Начальная температура воды должна быть л ко и , чтобы в конце главного периода температура не превышала температуру воды в оболочке больше чем на 0,5 К. Помещают сосуд калориметра в водяную оболочку, опускают бомбу в сосуд и проверяют ее на герметичность. Если газ выхо іит из бомбы, испытание прекращают, устраняют причину утечки и испытание начинают сначала.
Собирают прибор. Включают мешалку, которая должна работать с постоянной скоростью в течение всего испытания. После перемешивания в течение 10 мин (примечание 5) начинают считывать показа шя термометра с погрешностью 0,001 К и продолжают эту операцию в течение 5 мни с интервалом в 1 мин. Перед каждым считыванием температуры в течение 10 с слегка постукивают по термометру. Если для считывания температуры со стеклянного ртутного термометра применяется оптическое устройство, следует и л спать ошибки параллакса. Зажигают пробу непосредственно после последнего считывания показания термометра в начальный приод (приложение, А); тумблер держат включенным только в течение периода, достаточного для воспламенения проволоки для зажигания.
При м е ч а и и с — Во время горения пробы в течение последующих 20 с нельзя наклоняться над калориметром.
Снимают показания термометра с у ютом следующих факторов:
Начальный период
Если в течение этого периода продолжительностью в 5 мин среднее отклонение скорости изменения температуры превышает 0,001 К/мин (примечание 6), продолжают считывание температуры с интервалом в 1 мин до тех нор. пока среднее отклонение будет менее 0,001 К/мин за пергкд в 5 мни. Последняя температура начального периода является исходной температурой главного периода (То).
Главный период
В первые несколько минул невозможно получить показания температуры с пог решкостью 0,001 К. однако, как только появится такая возможность, возобновляют снятие показаний с такой погрешностью и продолжают до конца испытания. Главный период необязательно заканчивается с достижением Максимовной температуры. Концом главного периода считается момент, когда начинается конечный период.
Конечный период
Конечный период начинается в тої' момеиг, когда в течение последующих 5 мни среднее отклонение отдельных значении изменения температуры в минуту не превышает 0,001 К (примечание б).
Вынимают бомбу из сосуда к.ілориметра, сбрасывают давление и разбирают бомбу. Осматривают внутреннюю поверхне егь бомбы и, если обнаружится нес горевшая проба ггш отложения сажи, премышнт испытание.
Когда испытывают инертные гиды кокса, остаток в бомбе часто содержит поддающуюся обнаружению несгоревшую часть пробы. Корректировочный коэффициент, который должен быть введен в связи с таким постоянным недожогом, можно вычислить по количеству несгоревшею углерода, который может быть подсчитан с помощью метода, приведенного в примечании 3.
Смывают содержимое бомбы дистиллированной водой в химический стакан. Промывают дистиллированной водой крышку бомбы с нижней стороны, поверхность тигля и сливают смыв в химический стакан. Смыв разбавляют приблизительно до 100 см3 и кипятят для удаления диоксида углерода. Не давая остыть, титруют с помощью раствора гидроокиси бария (6.5.1), используя в качестве индикатора раствор фенолфталеина (6,6.2). Добавляют 20 см! раствора карбоната натрия (6.5.2), фильтруют теплый раствор и смывают осадок дистиллированной водой. Когда фильтрат остынет, титруют его с помощью* соляной кислоты (6.5.4), используя в качестве индикатора раствор метилоранжа (6.6.1). Эти процессы титрования можно не проводить, если известны содержание серы в угле и поправка на образование азотной кислоты (примечание 4).
Примечав и я
I Обычно при испытаниях берут пробу угля массой 1 г. В случае высокозольных углей использование пробы массой 0,75 г и мелкого тигля из хромоникелевой фольги (7.6) уменьшает возможность иеполі ого сгорания.
Для удобства можно использовать измеренные отрезки хлопчатобумажной нити измеренной длины с известной массой на единицу длины. При всех определениях теплоты сгорания длина должна быть такой же, как при определении теплоемкости системы.
Количество несгоревшего } глерод і в тигле можно определить способом, описанным ниже. Перекладывают содержи асе тигля (без обмуровки) в чашку из кремнезема или фарфора и сушат в течеш е 1 ч при 320 °С. Охлаждают, взвешиваю'] чашку с содержимым с погрешностью д * 0,1 мг, нагревают в течение 1 ч при 815 вС, охлаждают, снова взвешивают н определяют потерю массы. Потеря относится на счет несгоревшего углерода. Вместо этого нссгоревший углерод может быть определен одним из методов, указанных в ГОС Г 2408.1. Если обнаружится, что пестревшего углерода более 6 мг, коррекгпровочі ыіі коэффициент потеряет ситу и определение теплоты сгорания следует повторить.
Для любой данной бомбы ; ірн постоянных условиях тепловыделения количество образующейся азотной кислоты и соответствующая поправка являются относительно постоянной; обычно для каменных углей это значение равно 33 Дж, а для антрацита 25 Дж. После того, как это значение твердо установлено, его можно применять в последующих испытаниях, не определяя каждый раз заново.
Определение поправки на образование серной кислоты можно ускорить, как описано ниже. Титруют теплый (нс кипящий) смыв бомбы раствором гидроксида натрия 0,1 моль/дм3 (6.5.3), используя г» качестве индикатора раствор метилоранжа (6.6.1) для определения общей кислотности. Вычитают из полученного значения (в см1) 0,7-ю часть поправки на азотну к» кислоту в ;тжоулях для того, чтобы получить объем 0,05 моль/дм3 раствора серной кислоты. Гели известно содержание серы и соответствующая поправка на образование аз иной кислоты, титрование кислот в смыве бомбы необязательно, Поправка на і.плоту образования серной кислоты равна 9,5 Дж на 1 мг серы в массе углш взяте го д ія определения теплоты сгорания.
