喷气燃料热值实验室测定研究
2014-03-26余红伟宋玉苏胡裕龙
魏 徵，余红伟，晏 欣，宋玉苏，胡裕龙
(海军工程大学 理学院化学与材料系，湖北 武汉 430033)
喷气燃料是我军主战飞机的燃油，航空涡轮喷气发动机喷气燃料的热值要高，才能保证发动机获得较大的推力[1-2]，因此，测定喷气燃料的热值具有十分重要的意义。利用弹式量热计测量热值的方法和操作比较简单，成功率高，是物理化学实验的一个重要实验项目。何玉萼等[3]、郑秋容等[4]、韩国彬[5]、罗澄源等[6]编写的《物理化学实验》教材，实验内容均为测定固体样品的热值，而测定液体试样热值的实验只有周旭章等[7]编写的《化学工程实验技术与方法》书中有此实验内容。孙红梅[8]采用药用胶囊装取液体试样的方法，测定了液体试样的燃烧热值；曾仁昌[9]等测定了乙醇的燃烧热值；刘建平[10]等采用药用胶囊装取大豆油试样的方法，对其燃烧热值进行了测定；韩民乐[11]等采用脱脂棉吸附的方法，测定了几种试样的燃烧热值。本文探讨利用弹式量热计法测定喷气燃料热值的方法，可作为实验室测定的方法。
1 实验
1.1 主要原料和仪器
原料:苯甲酸为分析纯，天津市东丽区天大化学试剂厂；正丙醇为分析纯，天津市东丽区天大化学试剂厂；点火丝为镍丝，南京桑力电子设备厂；脱脂棉为医用脱脂棉；喷气燃料为3号，军用。
仪器：SHR15型燃烧热测定仪，南京桑力电子设备厂；YP-2型压片机，上海山岳科学仪器有限公司；YCY-C型充氧器，南京桑力电子设备厂；SHR15型数字温度计，南京桑力电子设备厂；梅特勒AI2000型电子天平，托利多仪器(上海)有限公司。
1.2 实验原理和方法
由于液体不能用弹式量热计直接测量，因此采用脱脂棉吸附喷气燃料后用弹式量热计进行测量，通过测定混合体系的热值，然后利用盖斯定律计算出喷气燃料的热值。
1.2.1 量热计仪器常数的测定
本文采用标准物质法测定量热计的仪器常数K，选用苯甲酸作为基准物质。由弹式量热计的基本原理可知：一定量被测物质在氧弹中燃烧时，所释放的热量使氧弹本身及周围的介质和量热计有关附件(氧弹、水桶、搅拌器以及感温探头等设备)的温度升高，测量介质在燃烧前后温度的变化值，就能计算出该样品的热值。由下式可以得到量热计的热容C计：
L点火丝·Q点火丝+m苯甲酸·Q苯甲酸=
C(C水m水+C计)ΔT=KΔT
(1)
式中：Q苯甲酸=-26 477 J/g；Q点火丝=-4.1 J/cm；L点火丝为点火丝燃烧长度，即点火丝燃烧前后的长度差，其值为(10-L燃烧后)cm;K为仪器常数，有
K=C水m水+C计
(2)
1.2.2 试样热值的测定方法
准确称取脱脂棉(约0.05 g)，并记录其质量；将脱脂棉放入坩埚中，用弹式量热计测定其热值，记为Q脱脂棉，则有：L点火丝·Q点火丝+m脱脂棉·Q脱脂棉=KΔT。另取一块约0.05 g的脱脂棉，准确称量其质量，放入坩埚中，用滴管滴取约0.5 g的待测油品于脱脂棉中，并准确记录喷气燃料的质量m样，用弹式量热计测定其热值，记为Q样+脱脂棉，则有：L点火丝·Q点火丝+m样+脱脂棉·Q样+脱脂棉=KΔT，则待测油品的热值为
Q样=Q样+脱脂棉-Q脱脂棉
(3)
2 实验结果与讨论
2.1 量热计仪器常数K的测定
量热计测定仪器常数K的实验结果见图1。有ΔT=TH-TL，计算得到的K值见表1。3次测量的仪器常数平均值为15.216 kJ/k。
图1 量热计仪器常数K的测定结果
表1 仪器常数K
2.2 脱脂棉热值的测定
脱脂棉热值的测定结果见图2，脱脂棉热值的计算结果见表2。测得脱脂棉热值的平均值为17.986 kJ/g。
图2 脱脂棉热值的测定结果
表2 脱脂棉热值的计算
2.3 正丙醇热值的测定
正丙醇热值的测定结果见图3，热值的计算结果见表3。测得正丙醇的热值平均值为1 966.284kJ/mol，与准确值比较误差为2.65%。
图3 正丙醇热值的测定结果
表3 正丙醇热值的计算结果
由上述实验结果的误差可知，本文采用的实验方法可行，实验结果符合一般普通化学实验要求[12]。
2.4 喷气燃料热值的测定
喷气燃料热值的测定结果见图4。测得热值的计算结果见表4，喷气燃料热值平均值为49.659 kJ/g。
图4 喷气燃料热值的测定结果
表4 喷气燃料的计算
3 结论
(1) 通过脱脂棉吸附喷气燃料测定喷气燃料热值的实验方法，点火成功率高，装置氧弹比较方便，因此，测定液体试样宜采用此方法。
(2) 测得正丙醇的热值为1 966.284 kJ/mol，与准确值比较，相对误差为2.65%，实验方法可行，符合普通化学实验开设要求。
(3) 采用脱脂棉吸附法测定喷气燃料的热值为49.659 kJ/g。
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[12] 华东师范大学分析化学教研组，成都师范大学化学教研组.分析化学[M].4版.北京：高等教育出版社，1998:467-468.
