试验一分析天平的使用方法.pdf

实验一 分析天平的使用方法 分析天平的类型较多,在实验中,我们使用的是半机械加码分析天平,这种天平也叫半自动电光分析天平.该天平带有砝码一盒,型号为 TG 328B 型,结构见图 7-1.一、实验目的 1、了解分析天平的结构 2、掌握分析天平的使用方法 二、技术数据 1、该天平的最大载荷为 200 克,最小分度值为 0.1 毫克.2、砝码盒内装有 1 克、2 克、2 克、5 克、10 克、20 克、20 克、50 克、及 100 克九只砝码.3、机械加码范围为 10 毫克至 990 毫克.4、光学读数范围为 0.1 毫克至 10 毫克.三、结构和特点 1、该天平为杠杆式双盘等臂天平.刀子和刀承用玛瑙制成.2、天平的停动装置为双层折叶式.在天平开启时,横梁上的承重刀比支点刀先接触；天平关闭时横梁由折叶托住.3、设有空气阻尼装置,由两个内外互相罩合而不接触的金属圆筒组成.外筒固定在立柱上,内筒倒置悬挂在吊耳下面,利用筒内的空气阻力产生阻尼作用,减少横梁的摆动时间,从而达到迅速静止,提高工作效率.4、设有光学投影读数装置,通过光学放大能清晰方便地读出 0.110 毫克范围内的读数值.并设有零点调节机构,便于操作时进行零点微调,缩短测定时间.5、设有机械加码装置,转动增减圈砝码的指示旋扭能变换 10990 毫克的圈砝码,使用简便.6、框罩两侧各有一扇玻璃移动门,供取放砝码及称量物使用.罩前有一扇上下移动的玻璃门,供安装维修天平使用.四、天平使用规则 1、旋动开关钮时,必须缓慢均匀,过快时会使刀刃急触而损坏,同时由于过剧晃动,造成计量误差.2、称量时应先估计添加砝码重量,然后开动天平,按偏移方向,增减码砝,至投影屏中出现静止到 10 毫克内的读数为止.3、每次称量时,决不能在天平摆动时增减码砝或在称盘中放置称物.图 7-1TG328B 型分析天平总图 1横梁 2平衡铊 3吊耳 4指针 5支点刀 6框罩 7圈形砝码 8指数盘 9支力销 10折叶 11阻尼内筒 12投影屏 13称盘 14托盘 15螺旋脚 16垫脚 17旋钮 4、被称物在 10 毫克以下者,可由投影屏中读出,10 毫克以上至 990 毫克可以旋动圈砝码一一指示盘旋钮,来增减圈形砝码转动务必轻缓,1 克以上至 100 克砝码可由盒内用镊子镊取出,根据需要值选取使用.5、天平读数方法：克以下读取加码旋钮指示数值和投影屏数值；克以上看盘内的平衡砝码值.假设先在天平右盘上放置 20 克砝码,然后旋动圈砝码指示盘旋钮图 7-2.停止摆动后,投影屏上零点指示线指在图中所示位置,这时物质的重量是：右盘砝码读数 20 克 指示盘读数 0.230 克 投影屏上刻度读数 0.0016 克 物质重量 20.2316 克 图 7-2 五、使用分析天平的须知 1、在同一化验的几次称量中,都必须使用同一天平和砝码.2、称量物应放在称盘中央,并不得超过天平最大载荷.3、不得开启天平的前门,取放砝玛及物品时,可以通过左右侧门进行,关闭窗门时务必轻缓.4、当天平处在工作位置时,绝对不允许在称盘上取放物品或砝码,或关开天平门,或作其它会引起天平震动的动作.5、随时保持天平内部清洁,不可将样品落在称盘或底板上.不要把湿的或脏的物品放在称盘上.被称物体应该放在称量瓶或坩埚内称量.6、不要将热的或过冷的物体放在称盘上称量.被称物品在称量前,应在干燥器中放置 1530分钟,待它的温度与天平室温达到一致后,方可称量.7、称量时,被称量的物体应该放在左盘,砝码放在右盘,并应尽可能地放在称盘中央,否则当天平开启时,称盘将要动荡,这样既不易迅速观察平衡点,也易使玛瑙刀口磨损.8、对于初学者,在用分析天平称量物品之前,可先在小台平上粗称一下,这样可以提高称量速度,也可减少分析天平的磨损.9、选择砝码的过程中,在天平未达到接近平衡点之前,不应将旋钮完全旋到底,在慢慢旋转旋钮的过程中,注意观看指针的偏转方向,如果发现指针偏向那一边,则须马上关闭旋钮,并根据指针的偏转方向,添减砝码或称物.只有等到很快就要达到平衡点时,方可将旋钮旋到底,以便确定平衡位置.读取投影屏上的读数.平衡点是指天平在载重 的情况下,处于平衡状态时指针所指的位置.10、取用砝码必须用砝码镊子,绝对不准赤手取放砝码,每次用毕放回原处,不要将砝码放在天平底板或桌面上.11、称量完毕,所称物品应从天平内框取出,关好天平开关及天平门窗,所有砝码必须放回盒中.并使圈砝码指示盘读数恢复到零.拔下电源插头.12、转动圈砝码时要轻缓,不要过快转动指示盘旋钮,致使圈砝码跳落或变位.13、发现天平有损坏或不正常时,应立即停止使用,并立即报告.14、与实验无关的物品不准放入分析天平中称量.15、实验完毕,应做好清洁卫生工作,一切物品还原,罩上保护天平的布罩.六、思考题 1、什么是零点和平衡点?2、在用分析天平称量物品之前,特别应注意的问题是什么？先用小台平粗称一下物品有何作用?3、使用分析天平时,应注意哪些问题?实验二 煤的工业分析方法 煤的工业分析试验,是对煤在燃烧过程中呈现出来的特性进行的定量分析.具体地说,就是用实验的方法来测定煤中的水分M、灰分A、挥发分V和固定碳FC的质量百分数的含量.在试验时,只需测定煤中的水分、灰分、和挥发分的百分含量,而煤中的固定碳的百分含量则是从百分之百中减去水分、灰分和挥发分百分含量后的差值.一、实验目的 1、了解煤中水分存在的形态.2、了解煤中灰分的来源及其矿物质在灰分测定过程中的变化情况.3、了解测定挥发分的意义,掌握焦渣特征的鉴定方法.4、掌握水分、灰分和挥发分的测定方法.5、掌握水分、灰分、挥发分以及固定碳的百分含量的计算.二、基本原理 1、水分M 煤中水的存在形态可以分为游离水和化合水两种.游离水是煤的内部毛细管吸附或表面附着的水；化合水是和煤中的矿物质呈化合形态存在的水,也叫结晶水,如 CaSO42H2O 和Al2O32SiO22H2O 等等.游离水又分外在水和内在水.外在水是附着在煤的表面和被煤的表面大毛细管吸附的水.把煤放在空气中干燥时,煤中的外在水分很容易蒸发,蒸发到煤表面的水蒸汽压和空气的相对湿度平衡时为止.失去外在水分的煤叫空气干燥基煤.当把这种煤制成粒度为 0.2mm 以下,作分析所用的试样时就叫分析煤样.用空气干燥状态煤样化验所得的结果就是空气干燥基的结果.内在水是煤的内部小毛细管所吸附的水,在常温下这部分水不能失去,只有加热到 105110的温度时,经过一段时间后,才能失去.而结晶水通常要在200以上才能分解析出.根据煤样的状态,煤的水分测定可分为收到基煤样的水分测定及空气干燥基煤样的水分测定两种情况.水分是指试样在温度为 105110时,干燥至恒重所失去的质量占原质量的百分数.2、灰分A 煤的灰分是指在温度为 81510时,煤中的可燃物质完全燃烧,其中的矿物质在空气中经过一系列复杂的化学反应后所剩余的残渣,煤中的灰分来自矿物质,但它的组成和质量与煤中的矿物质不完全相同,灰分是一定条件下的产物.煤中的矿物质来源于三方面：原生矿物质它是由成煤植物本身的金属元素所形成的.煤中的原生矿物质含量很少,一般不高于23,分布均匀,与煤中的有机物质紧密结合,很难分离出来,它的含量虽少,但与锅炉的结渣和腐蚀有密切关系.次生矿物质它是在成煤过程中经煤层裂缝渗入的各种矿物质溶液积聚而形成的,它的含量也不高,也很难除去.煤中的矿物质和次生矿物质总称为煤的内在矿物质.由内在矿物质形成的灰分叫内在灰分.外来矿物质它是在开采的过程中混入的泥沙和矸石等,此类物质在煤中的分布极不均匀.外来矿物质很容易用机械或洗选的方法除去,由它形成的灰分称外在灰分.当用燃烧法测定煤中的灰分时,煤中矿物质在燃烧过程中发生以下化学反应.1失去结晶水 当温度高于 400时,含有结晶水的硫酸盐和硅酸盐发生脱水反应：CaSO42H2O=CaSO4+2H2O Al2O32SiO2.2H2O=Al2O32SiO2+2H2O 受热分解 碳酸盐在 600以上开始分解：CaCO3=CaO+2CO2 FeCO3=FeO+CO2 氧化反应 在氧化介质的作用下,温度为 400600时,发生以下氧化反应：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 2CaO+2SO2+O2=2CaSO4 4FeO+O2=2Fe2O 挥发 碱金属化合物和氧化物在 700以上,部分挥发.以上各种反应,在 800左右基本上已经完成,所以测定煤中灰分温度规定为 815左右.但在此温度下,有些反应需一定时间才能完成,因此,测定时必须进行检查性的灼烧试验.由于 SO2和 CaO 在试验条件下生成 CaSO4,使测定结果偏高而且不稳定,为此,需要适当的加热程序和通风条件.首先,让煤样在温度为 500时保持一段时间,使黄铁矿硫和有机硫的氧化反应在这一温度下基本完成,并使生成的SO2有效地排出反应区.而碳酸盐500时才开始分解,800时才分解完全.煤的灰分测定的方法要点：称取一定量的煤样,放入箱形电炉内灰化、然后在温度为81510的条件下灼烧至恒重,以残留物质量占煤样质量的百分数作为灰分的大小.3、挥发分V 把煤样与空气隔绝,在一定温度条件下,加热一定时间后,由煤中有机物质分解出来的液体此时为蒸汽状态和气体产物的总和称为挥发分,其质量百分含量称为挥发为分产率,简称挥发分.挥发分不是煤中的固有物质,而是在特定条件下的热分解产物.挥发分产率是煤碳分类的主要指标,根据挥发分产率的大小可以大致判断煤的变质程度,褐煤一般为4060%,烟煤一般为1040%,而无烟煤则小于10%,根据挥发分和焦渣的特征还能估计煤的热值的高低.对于动力用煤,煤中的挥发分及其热值对煤的着火和燃烧情况都有较大的影响.煤在隔绝空气条件下加热时,不仅有机物质发生热分解,煤中的矿物质也会发生相应的变化.一般情况下,因矿物质分解而产生的影响不大可以不加考虑.但当煤中的碳酸盐二氧化碳含量大于 2%时,应对试验结果加以校正.煤的挥发分产率测定是规范性很强的一项试验,测定结果完全取决于所规定的试验条件.加热温度和加热时间对其影响最大,试样重量,坩锅的材料、厚度及容积大小等对挥发分的大小都有一定影响.4、固定碳FC与焦渣特征 挥发分逸出后的残留物称为焦渣.煤样经试验后煤中的灰分转入焦渣中,从焦渣质量中减去灰分的质量即为固定碳的质量.焦渣外形具有一定的特征,它与煤中有机物质的性质有一定关系,所以焦渣特性也用来作为煤质分类的一项参考指标,焦质特征可分为八类.三、实验仪器设备 1、干燥箱：又称烘箱或恒温箱,供测定水分使用.干燥箱应带有自动调温装置,内附风机,由其顶部的温度计指计箱内温度,并能保持 105110或 14510的温度范围.2、箱形电炉：供测定灰分、挥发分之用.它应带有调温装置、最高温度能保持在 1000左右,炉膛中具有相应的恒温区.测定灰分时,要具有一定的通风排气条件.3、分析天平：精确到 0.0001 克.4、干燥器：内装变色硅胶干燥剂.5、玻璃称量瓶:供测水分使用.直径为 40 毫米,高为 25 毫米,并带有严密的磨口盖,见图7-3.6、灰皿：供测定灰分使用.长方形灰皿的底面为长 45 毫米,宽 22 毫米,高为 14 毫米,见图 7-4.7、挥发分坩锅：供测定挥发分用之,瓷质,高为 40 毫米,上口外径为 33 毫米,底径为 18毫米,壁厚为 1.5 毫米.盖槽的外径为 35 毫米,盖槽的内径为 29 毫米,外槽深为 4 毫米,坩锅总重量为 1519 克,见图 7-5.8、托盘天平：感量为 1 克.9、浅盘：由镀锌簿铁板或铝板等耐腐蚀又耐热的材料制成,其面积能以大约每平方厘米 0.8 克煤样的比例容纳 500 克煤样.而且盘的重量应小于 500 克.10、坩锅架及秒表等.图 7-3 玻璃称量瓶 图 7-4 灰皿 图 7-5 挥发分坩锅 四、技术要求和试验步骤 测定煤中水分、灰分的试验方法有常规测定法和快速测定法两种.快速测定法不适用于仲裁分析.在实验中采用常规测定法.供测定煤中的灰分、挥发分等成分以及发热量所用的煤样叫分析煤样.它是指在制取煤样的过程中,得到的煤的粒度小于 0.2 毫米且在室温下连续干燥一小时后煤样的质量变化不超过 0.1的煤样.分析煤样的基准为空气干燥基.实验中,为了检查分析结果的可靠程度,每项分析试验应对同一煤样重复进行两次测定.如果两次测定之差不超过规定的允许误差,则取其算术平均值作为测定结果.否则,应重新测定.一全水分的测定 1、测定步骤：用已知质量的干燥、清洁的浅盘称取煤样 500 克称准到 1 克,并将盘中的煤样均匀地摊平.将装有煤样的浅盘放入预先鼓风并加热到 105110的干燥箱中,在不断鼓风的条件下烟煤干燥 22.5 小时,无烟煤干燥 33.5 小时.再从干燥箱中取浅盘,趁热称重.然后进行检查性的试验,每次试验半小时,直到煤样的减量不超过 1 克或者质量有所增加时为止.在后一情况下,应采用增重前的一次质量作为计算依据.2、结果计算 式中 Mt煤样的全水分,;G煤样的质量,克；G1煤样干燥后减轻的质量,克.、平行测定的差值不超过下表规定：水分Mt 同一化验室的允许误差绝对值 0.4 0.5 二空气干燥基水分的测定 1、试验步骤 用预先烘干和称出质量称准到 0.0002 克的称量瓶称取粒度为 0.2 毫米以下的煤样10.1 克.然后把盖开启,将称量瓶放入预先鼓风并加热到 105110的1001GGMt干燥箱中.在一直鼓风条件下,烟煤干燥 1 小时,无烟煤干燥 11.5 小时后,从干燥箱中取出称量瓶并立即加盖.在空气中冷却 23 分钟后,放入干燥器中冷却到室温约 20 分钟称量.然后进行检查性的干燥试验,每次 30 分钟,直到煤样的质量变化小于 0.001 克或质量增加为止.在后一种情况下采用增量前一次质量为依据.水分在 2以下时不进行检查性干燥.2、结果计算 试样中失去的质量占试样质量的百分数,既为分析试样的水分百分含量 式中；Mad空气干燥基煤样的水分 m分析煤样的原有质量,克 m1烘干后的煤样质量,克.3、允许误差 两次水分测定结果的误差不得超过以下规定；水分 Mad%同一化验室的允许误差,%5 0.20 510 0.30 10 0.40 注；同一化验室的误差是指在同一化验室中,由同一操作者,用同一台仪器,对同一分析煤样做的重复测定所得结果间的差值.褐煤中的水分不可采用此方法测定.三灰分的测定 、试验步骤 在预先灼烧和称出质量准确到 0.0002 克的灰皿中,称取粒度为 0.2 毫克以下的分析煤样 10.1 克称准到 0.0002 克.煤样在灰皿中要铺平,使其每平方米不超过 0.15 克.将灰皿送入温度不超过 100箱形电炉中,在自然通风和炉门留有 15 毫米左右缝隙的条件下,用 30 分钟缓慢升至 500.在此温度下保持 30 分钟后,升至 81510然后关上炉门并在此温度下灼烧 1 小时,灰化结束后从炉内取出灰皿,在空气中冷却 5 分钟,然后放入干燥器中,冷却至室温约 20 分钟,称量.然后进行检查性灼烧,每次 20 分钟,直到质量变化小于 0.001 克为止,采用最后一次测定的质量作为计算依据,灰分小于 15时不进行检查性灼烧.2、结果计算方法 残留物质量占原质量的百分数,即为分析煤样的灰分 Aad 式中；Aad空气干燥基煤样的灰分,；M1灼烧后灰皿中残留物的质量,克；1001mmmMad1001MMAad M灼烧前分析煤样的质量,克 3、允许误差 两次灰分测定结果的误差不得超过以下规定.灰分 Aad 同一化验室的允许误差 15 0.20 1530 0.30 30 0.50 挥发分的测定 1、试验步骤 用预先在 900的箱形电炉中灼烧至恒重并已知质量的挥发分坩埚称取粒度小于 0.2毫米的分析试样 10.01 克,轻轻震动使煤样摊开,然后加盖,放在坩埚架上.将箱形电炉预热到 920,打开炉门,迅速将摆好坩埚的架子送入炉内恒温区,关好炉门.使坩埚继续加热 7 分钟.试验开始时,炉温会有所下降,要求 3 分钟内炉温应恢复到 90010并继续保持此温度到试验结束,否则此试验作废.从炉中取出坩埚.在空气中冷却 56 分钟后,放入干燥器中,冷却到室温 约 20 分钟,称量.注：褐煤和长焰煤应预先压并,并切成约 3 毫米的小块再用.2、结果计算：试验中失去的质量占试样原质量的百分数,再减去该试样的空气干燥基水分 Mad,即为分析煤样的空气干燥基挥发分 Vad：式中：Vad空气干燥基煤样的挥发分,；m分析煤样试验前的质量,克；m1分析煤样试验后的残留质量,克；Mad分析煤样的水分,3、允许误差：两次试样的测定结果的误差,不得超过下表规定的允许值.挥发分 Vad 同一化验室的允许误差 20 0.30 2040 0.50 40 0.80 4、焦渣特征分类：在挥发分测定的同时,可以观察坩锅中的焦渣特征,以初步鉴定煤的粘结性能.根据国家标准,焦渣特征可分为八类.测定挥发分时所得的焦渣特征,按以下规则加以区分：粉状全部粉状,没有互相粘贴着的颗粒.adadMmmmV1001 粘着用手指轻碰即成粉状,或基本是粉状,其中有较大的团块或团粒,轻碰即成粉状.弱粘结用手指轻压即碎成小块.不熔融粘结以手指用力压裂成小块,焦渣上表面无光泽,下表面稍有银白色光泽.不膨胀熔融粘结焦渣形成扁平的饼状,煤粒的界线不易分清,表面有银白色金属光泽,焦渣下表面银白色光泽更明显.微膨胀熔融粘结用手指压不碎,在焦渣上下表面均有银白色金属光泽,但在焦渣的表面银白色光泽更明显.膨胀熔融粘结焦渣上下表面有银白色金属光泽,明显膨胀,但高度不超过 15 毫米.强膨胀熔融粘结焦渣上下表面均有银白色金属光泽,焦渣高度大于 15 毫米.通常为了简便起见.可用上列序号作为各种焦渣特征的代号.五固定碳的计算 利用水分灰分及挥发分的测定结果,分析煤样的固定碳含量就可方便地由下式求得；FCad=100-注；若煤中的碳酸盐二氧化碳大于 2%,在计算挥发分和固定碳的含量时,应进行校正.具体方法,请按国家标准GB212-77中的规定进行校正.五、实验要求 1、实验前,必须认真阅读实验指示书,并写出预习报告；2、熟悉掌握分 Mar、Mad、Vad、及 Aad的试验方法；3、实验中要细心操作,精确称量,实事求是地详细记录实验数据；六、实验数据记录及计量表格 见表 7-1、表 7-2 七、思考题；1、在测定灰分时,为什么要采用通风措施并要求在 500下保温半小时？2、全水分是指煤中的所有水分吗？为什么？3、从电炉中取出的试样,为什么一定要放入干燥器中冷却至室温称量？4、在称量试样之前,为什么容器应先烘干或灼烧至恒重并要求放入带有干燥剂的干 燥器内？5、根据实验结果,计算煤中的 Vdaf、Ad、FCar、FCad的大小？实验三 煤的发热量测定 发热量是煤的重要特征之一.在锅炉设计和改造工作中,发热量是组织热平衡、计算燃烧物料平衡等各种参数和设备选择的重要指标.测定煤的发热量所用的量热计有绝热式和恒温式两种.实验中,使用绝热式量热计.一、测定原理 让已知质量的煤样在有充足氧气的条件下完全燃烧,燃烧放出的热量被一定量的水和热量计的有关部件吸收.待系统热平衡后,测出温度的升高值,并计及水和热量计的有关部件的热容量以及周围环境温度等等的影响,即可计算出该煤的发热量.由于煤样是在有过量氧气 充进的氧气压力在 2.63.0MPa 的氧弹中完全燃烧,燃烧产物的终了温度为实验室环境温度的特定条件下测得的,故称为煤的空气干燥基弹筒发热量,以符号 Qb.ad表示.它包含煤中的硫 Sad和氮 Nad在氧弹的高压氧气中形成液态稀硫酸和稀硝酸时放出的酸的生成热以及煤中水分和氢 Had完全燃烧时,生成的水的凝结热,而煤在锅炉中燃烧时是不会生成这酸和水的.因此,用热量计测得的弹筒发热量 Qb.ad比其高位发热量Qgr.ad还要大.于是,我们可以借助于它们之间的关系,通过计算来得到煤样的收到基低位发热量 Qnet-ar.二、仪器设备、试剂和材料 1测定架 2震动器 3点火电极 4搅拌器 5、6温度计插孔 7铂电阻 8外筒 9内筒 10加热极板 11溢水孔 12蛇形冷却水管 13冷却水管接头处 14水泵 15电动机 16控制线路 17贝克曼温度计夹子 图 7-6 绝热式量热计 1 内筒搅拌器 2顶盖 3内筒盖 4内筒 5绝热外套 6加热极板 7冷却水蛇形管 8水泵电动机 9水泵 10氧弹 11普通温度计 12贝克曼温度计 13循环水连接管 图 7-7 绝热式量热计外筒水循环图 1、绝热式热量计 绝热式热量计主要由绝热外套、顶盖、内筒、氧弹、搅拌器、贝克曼温度计等几个部分组成.国产 JR-7A 型绝热式热量计的结构见图 7-6 所示.1绝热外套；又称外筒,是用不锈钢板制成的夹层筒,外壁呈圆形,内壁呈椭圆形,在椭圆短轴方向的对称位置上各装有一组加热电极,下部装有蛇形盘管通冷却水以消除控制器工作时,加热电极产生的多余热量,从而保证内外筒水温一致.2顶盖；是用不锈钢板制成的双层盖,顶盖侧部通过循环水管与绝热外套相连.由水泵将外筒的水从下部水管送入顶盖内,由顶盖出来再经绝热外套上部的进水管进入绝热外套,再由绝热外套底部出水管通入水泵,形成高速循环,使各处温度均匀一致,见图 7-7 所示.顶盖装有一对铂丝电阻,一支插入内筒,一支插入外筒,供测量内外筒温度使用.此外,顶盖下还装有搅拌器和点火电极.3内筒；是用优质不锈钢板制成的椭圆容器,底部有一个放置氧弹的弹架,内筒放在 外筒中的内筒支架上,内筒装水二千二百克左右,以浸没氧弹针形阀除外为准.4氧弹；是用优质不锈钢制成,结构见图 7-8 所示.针形阀不仅供充氧、排气用,同时也是点火电极的一端,另一电极为弹体本身,两电极间采用聚四氟乙稀绝缘.在其中的一根电极柱上还装有放置燃烧皿的皿环和遮火罩.氧弹靠一密封胶圈与外界密封.贝克曼温度计；它是用来测量内筒水温的,这是一种测温范围可变的精密温度计,最小分度值为0.01K,通过放大镜放大,数值可估读到0.001K,整个温度计的刻度范围仅为 5K,温度计的顶部有水银贮存泡,作为调整温度计的测温范围使用.6普通温度计：分度值为 0.2K,量程为 050的温度计,供测定量热温度计的露出柱温度和确定贝克曼温度计的基点温度等.7搅拌器：搅拌器安装在顶盖下面,为螺旋桨式,转速为 400600rmin,使内筒中的水绕着氧弹流动,氧弹得到冷却,并使水温均匀.搅拌效率应能使热容量标定中由点火到终点的时间不超过 10min,同时又要避免产生过多的搅拌热当内外筒温度和室温一致时,连续搅拌 10 min,所产生的热量不应超过 120 J.1、附属设备 1读数器：读数器包括照明灯、放大镜、振动器三部分,放大镜的放大倍数为五倍,用观测筒可调节焦距,使读数清晰.振动器用来克服温度计中水银和毛细管的粘附力,使水银柱正确指示,读数器可沿着贝克曼温度计上下移动.2燃烧皿：铂制品最理想,一般可用镍铬钢制品.规格为高 17mm,上部直径 2627mm,底部直径 1920mm,厚 0.5mm.3压力表和氧气导管：压力表由两个表头组成,一个指示氧气瓶中的压力,一个指示充氧氧弹内的压力.表头上装有减压阀和保险阀.氧气导管的一端与压力表相接,另一端接氧弹的针形阀.压力表和各连接部分严禁与油脂接触.4点火装置：点火采用 1220V 的电源,可由 220V 交流电源经变压器供给.线路中串联了一个调压变阻器和一个指示点火情况的指示灯.点火方法有熔断式和棉线点火两种.5加热装置：该装置由安装在顶盖下部的一对高灵敏的铂丝电阻,安装在外筒中的一 图 7-8 氧弹结构 1 针形阀 2 阀体 3 喷气嘴 4弹帽5弹杯6电极 对加热电极及冷却盘管和电气控制系统组成.使用该装置的目的是要求外筒温度能够跟踪内筒温度的变化并保持在同一温度水平上,以使量热体系处于绝热状态.6压饼机：螺旋式,能压制直径为 10mm 的煤饼或苯甲酸饼.7秒表 3、分析天平：精确到 0.0001 克.4、工业天平：载重量为 45 千克,感量 1 克,用于称量内筒中水的质量.5、试剂 1氧气不含可燃成分,不得使用电解氧.20.1molL 氢氧化钠溶液.3苯甲酸,经计量机关检定并标明热值.40.2的甲基橙指示剂.6、材料 1点火丝：采用直径 0.1mm 左右的镍铬丝及粗细均匀,不涂蜡的白棉线.2石棉纸或石棉线,使用前在 800下灼烧半小时.3擦镜纸,使用前先测出燃烧热.三、试验室条件 1、热量计应放在单独房间内,不得在同一房间内进行其它试验项目.2、测热室应不受阳光的直接照射,室内温度和温度变化应尽可能减小到最小,每次测定室内温度变化不超过 1,冬夏季室温以不超过 1535为宜.3、室内不得使用电炉等强烈放热设备,不准启用电扇,试验过程中应避免开启门窗,以保证室内无强烈的空气对流.四、测定步骤绝热式热量计法：1、在燃烧皿中精确称取分析试样粒度小于 0.2mm11.1 克.燃烧时易于飞溅的试样,可先用已知质量的擦镜纸包紧,或先在压饼机中压饼并切成 24mm的小块使用.不易燃烧完全的试样,可先在燃烧皿底铺上一个石棉垫,或用石棉绒做衬垫先在皿底铺上一层石棉绒,然后以手压实.如加衬垫仍燃烧不完全,可提高充氧压力至3.03.2MPa,或用已知质量和发热量的擦镜纸包裹称好的试样并用手压紧,然后放入燃烧皿中.2、取一段已知质量的点火丝,把两端分别接在两个电极柱上,注意与试样保持良好接触或保持微小的距离对易飞溅的易燃的煤,并注意勿使点火丝接触燃烧皿,以免形成短路.往氧弹中加入 10ml 蒸馏水.小心拧紧氧弹盖,注意避免燃烧皿和点火的位置因受震动而改变.接氧气导管,往氧弹中缓缓充入氧气,直到压力达到2.62.8MPa.充氧时间不得少于30s.当钢瓶中氧气压力降到 5.0 MPa 以下时,充氧时间应酌量延长.3、往内筒中加入 2200 克的蒸馏水,使氧弹盖的顶面不包括突出的氧气阀,淹没在水面下 1020mm.每次试验时用水量应与标定热容量一致相差 1 克以内.加入筒内中的蒸馏水的温度应预先调节到接近室温,相差不要超过 5K,以稍底于室温为最理想.内筒温度过底,易引起水蒸气凝结在内筒外壁；温度过高,易造成内筒水的过多蒸发.这对测定结果都不利.4、把氧弹放入装好的内筒中.如氧弹中无气泡漏出,则表明气密性良好,即可把内筒放在外筒的绝缘架上；如有气泡出现,则表明漏气,应找出原因,加以纠正,重新充氧.然后放下顶盖,并安装贝克曼温度计,温度计的水银球应对准氧弹主体气阀和电极除外的中部,温度计和搅拌器均不得接触氧弹和内筒,靠近量热温度计的露出水银柱的部位,应另悬一支普通温度计,用以测定露出柱的温度.5、开动搅拌器和外筒循环水泵,开通外筒冷却器和加热器.当内筒温度趋于稳定后,调节冷却水流速,使外筒加热器每分钟自动接通 35 次由电流计或指示灯观察.调好冷却水后,开始读取内筒温度,借助放大镜读到 0.001K,每次读数前,开动振荡器35s.当5min内温度变化不超过 0.002K时,即可通电点火,此时的温度即为点火温度T0,否则,调节电桥平衡钮,直到内筒温度达到稳定,再另行点火.点火后 67min,再以 1min 间隔读取内筒温度,直到连续三次读数相差不超过 0.001K,为止.取最高的一次读数作为终点温度 tn.、关闭搅拌器和加热器,取下贝克曼温度计和普通温度计,提起顶盖,取出内筒和氧弹,开启放气阀,缓慢放出燃烧废气,打开氧弹,仔细观察弹筒和燃烧皿内部,如果有试样燃烧不完全的迹象或炭黑存在,试验应作废.找出未烧完的点火丝,并量出长度或称出其重量,以便计算实际消耗量.用蒸馏水充分冲洗弹内部分、放气阀燃烧皿内外和燃烧残渣.把全程洗液 共约 100ml收集在一个烧杯中供测硫使用.五、测定结果计算 1、温度校正 1温度计刻度校正 由于制造技术的原因,贝克曼温度的毛细管内径都不可能十分均匀,因此要做必要的修正,这样的修正称为毛细管孔径修正.温度计出厂时检定证书中给出了毛细管修正值,表 7-1为实验时所用贝克曼温度计的毛细管修正值.表 7-1 毛细管修正值 温度计读数 t 0 1 2 3 4 5 修正值 h 0.000+0.002-0.001-0.003+0.001 0.000 根据检定证书中给出的毛细管修正值校正点火温度 t.和终点温度 tn,再由校正后的温度to+ho和tn+hn求出内筒的温升值t,即：t=tn+hnto+ho 式中：hn对应于 tn时的毛细管修正值,；ho对应于 to时的毛细管修正值,；平均分度值的校正 贝克曼温度计的平均分度值是指温度计上指示的,经过毛细孔径修正后的 1温度变化相当的真正温度,检定证书中所提供的分度值只适用于检定条件相同的情况下使用,不相同时,必须进行校正,平均分度值的影响因素有基点温度和露出柱温度.其校正后的平均分度值 H 的计算式如下：H=Ho+0.00016 式中：Ho 基点温度下对应与标准露出柱温度时的平均分度值；ts该基点温度所对应的标准露出柱温度,te实验中的实际露出柱温度,.实验中使用的贝克曼温度计在不同测温范围内的平均分度值见表二摘自检定证书.表 7-2 不同测温范围的平均分度值 测量范围 露出柱平均温度 平均分度值 05 15 0992 1015 17 0997 2025 20 1001 3035 22 1005 4045 24 1009 2、引燃物放热量的校正 在点火时,用于引燃的点火丝、棉线和擦镜纸的燃烧放出的热量,应逐一予以扣除,其值按下式计算：bq=b1q1+b2q2+b3q3 J 式中：b1、b2、b3分别为引燃物烧掉的点火丝、棉线和擦镜纸的质量,g；q1、q2、q3 分别为引燃物烧掉的点火丝、棉线和擦镜纸的燃烧放热量 J/g；镍烙丝、棉线和擦镜纸的放热量分别为 1400 J/g,17500 J/g 和 15818 J/g.3、发热量计算 1空气干燥基试样的弹筒发热量 Qb.ad 式中：Qb.ad分析试样的弹筒发热量,J/g；E热量计的热容量,J/K；m试样质量,g;H贝克曼温度计的平均分度值；bq引燃物发热量,J；、修正后的点火温度和终点温度,注：热量计的热容量 E：指量热系统在试验条件下温度上升 1 度所需的热量,单位为：JK.热容量是用已知发热量的基准物质苯甲酸在热量计中代替试样燃烧而求出的.1高位发热量 Qgr.ad Qgr.ad=Qb.ad-式中：Qgr.ad分析试样的高位发热量,J/g;mbqhthtEHQnnadb)()(00.Qb.ad分析试样的弹筒发热量,J/g;Sb.ad由弹筒洗液测得的煤的含硫量,%；95硝酸校正系数：当 Qb.ad16.70J/g 时,=0.001;当 6.70kJ/gQb.ad25.10kJ/g 时,=0.0016;加助燃剂后,应按总释热量考虑.当煤中硫含量低于 4%时,或发热量大于4.60kJ/g 时,可用全硫或可燃硫代替.在需要用弹筒洗液测定 Sb.ad的情况下,把洗液煮沸 12min,取下稍冷后,以甲基橙或相应的混合指示剂为指示剂,用氢氧化钠标准溶液滴定,以求出洗液中的总酸量,然后按下式计算出 Sb.ad Sb.ad=1.6 式中：c氢氧化钠溶液的浓度,0.1molL;V滴定用去的氢氧化钠溶液体积,ml;59.8相当于 1mmol 硝酸的生成热,J;其他符号意义同前.收到基低位发热量 Qnet.ar 试样的收到基低位发热量按下式计算：式中：Qnet.ar收到基煤样的低位发热量,Jg；Qgr.ad分析煤样的高位发热量,Jg；Mad煤样的全水分 Mad分析煤样的水分,Had分析煤样的氢含量 Had为分析煤样的氢含量,可由元素分析提供,也可依据以下经验公式求出Hdaf值再换算到Had值.Vdaf24 的所有烟煤和无烟煤 b.Vdaf 24 的焦渣特征为 38#的烟煤 c.Vdaf24 的焦渣特征为 12#的烟煤 aradaradadgrarnetMMMHQQ23100100)206(.1124.11462.0dafdafdafVVH24.21136.0dafdafdafVVH16.2074.0dafdafVHd.Vdaf 40各种褐煤 注：恒温式热量计的使用和计算方法请看GB21387 煤的发热量测定方法标准.六、测定数据与结果计算示例 下面以一个煤样发热量测定的实例来说明用绝热式热量计测定发热量的测定数据的整理和结果计算.1、给定数据 热量计的热容量 E 10730JK 煤样的空气干燥基水分 Mad 2.05 煤样的全水分 Mar 9.79 煤样的空气干燥基全硫含量 St.ad 1.05 煤样的干燥无灰基挥发分 Vdaf30.72 煤样的焦渣特征为 4#2、测定数据 煤样质量 m 1.0050 克 贝克曼温度计的基点温度 19 实测时的露出柱温度 te 20.70 点火镍铬丝的质量 0.0031 克 点火丝残留的质量 0.0009 克 棉线质量 0.0046 克 棉线残留质量 0 克 点火温度 t01.541 终了温度 tn3.981 1、发热量计算 1温度校正 a、毛细孔径修正 根据温度计的检定证书中的孔径修正值表采用内插求得：h0+0.0004 hn+0.0014 b、平均分度值修正 因基点温度为 19.所以该基点温度所对应的标准露出柱温度 ts 可根据检定证书中的平均分度值表采用内插法求取,即 得：ts=19.7 同理可得该基点温度对应于标准露出柱温度时的平均分度值：H0=1.0006 所以 =H0+0.00016 205.10835.0dafdafVH17201710291019st =1.0006+0.00016 =1.00058 2、点火热校正:qb=1400+17500 =3.08+80.5=83.58 J 3 弹筒发热量 Qb.ad=25989Jg 4、空气干燥基高位发热量 已知分析煤样的全硫含量 St.ad=1.05 4,则可用全硫含量代替弹筒洗液测得的含硫量,所以Sb.ad=St.ad=1.05,又因为Qb.ad=25.98KJg25.10KJg,所以取=0.0016,故有：Qgr.ad=Qb.ad-=25989-=29848 Jg 5、收到基低位发热量 Qnet.ar 请同学们自己计算.七、实验数据记录表:名称 符号 单位 测量数据 名称 符号 单位 测量数据 坩埚质量 点火温度 坩埚和煤样的质量 终了温度 棉线质量 结束时内筒水温 点火金属丝质量 实测时露出柱温度 点火金属丝残留质量 0.1molLNaOH 用量 八、思考题 1、氧弹发热量与高、低位发热量有何区别？2、贝克曼温度计的量程仅 56,为什么可以用于燃料发热量的温度测量？3、什么叫贝克曼温度计的基点温度？如何确定？4、热量计的热容量是什么意思？如何确定 5、对贝克曼温度计所测温度应进行哪几项校正？为什么要校正？附录一 热值测定中的温度测量 热值测定中的温度测量是保证测定结果准确的关键,温度测量的误差是热值测定的主要误差来源.因此,对温度测量有严格要求,温度计要经国家计量机关检定.使用时应遵守使0050.158.83)0004.054.1()0014.0981.3(00058.110730)()(00mbqhthtEHQnn用规格,并按检查证书上的修正值对测量结果进行修正,这样才能保证热值测定结果准确可靠.一、温度计的型式及其结构 测定热值使用的温度计是水银温度计,它有两种形式,一种为有固定量程的温度计如图7-9 所示；另一种为有可调量程的贝克曼温度计,如图 7-10 所示.两种温度计的最小分度值都是 0.01用放大镜可估计到 0.001.固定量程温度计的量程,一般不超过 10,例如 1525,如果测量的温度超过这个范围,就要另换一支量程适合的温度计,因此通常都要备有几支不同量程的温度计.由于贝克曼温度计的量程是可调的、因此只备一支即可,它的量程示值范围只有 5,但它的测量范围为20 155温度范围.贝克曼温度计所以有这样宽的测温范围,是由其结构所决定的.如图7-10 所示.它除了在下部有一个主水银泡和主标尺外,在上部还有一个U 形贮存泡和一个副标尺.主泡中的水银量是可以调节的,调节时由主泡中移出一部分水银,置于贮存泡中；或从贮存泡中取出一部分水银添加于主泡中,主泡中水银的多少与待测温度的高低有关.待测温度愈低,主泡中水银应愈多；待