Buồng thí nghiệm, nhiệt lượng kế, bom, bao nhiệt, nhiệt kế và các dụng cụ khác. Hóa chất
Axit benzoic chuẩn: bột axit benzoic được đóng thành viên trước khi cân Viên con nhộng gelatin (Gelatin Capsules)
Chỉ thị Metyl da cam và Metyl đỏ
Dầu khoáng
Oxi thương phẩm sản xuất từ không khí hóa lỏng
Dung dịch chuẩn kiềm: NaOH (0,0866N) và Na2CO3 (0,0725N) 2,2,4 trimetyl pentan (iso octane) tiêu chuẩn
V. Chuẩn hóa:
Xác định đương lượng năng lượng của nhiệt lượng kế theo theo trung bình của ít nhất 6 phép thử sử dụng axit benzoic chuẩn. Những phép thử này nên thực hiện trong phạm vi không quá 3 ngày. Lượng axit benzoic chuẩn (C4H4COOH) sử dụng phải trong khoảng 0,9 ÷ 1,1 g. Thực hiện từng phép xác định theo đúng quy trình thí nghiệm và tính toán độ tăng nhiệt độđã được hiệu chỉnh t. Xác định sự hiệu chỉnh cho axit nitric và sợi dây đốt và thay váo phương trình sau:
W = (Q x g + e1 + e2)/ ∆t
W: đương lượng năng lượng của nhiệt lượng kế, MJ/°C Q: nhiệt cháy của axit benzoic chuẩn, MJ/g
g: khối lượng mẫu axit benzoic chuẩn, g ∆t: độ tăng nhiệt độđã hiệu chỉnh, °C
e1: hiệu chuẩn của sinh nhiệt của axit nitric, MJ e2: hiệu chỉnh nhiệt cháy của dây, MJ
Kiểm tra nhiệt lượng kế để dùng cho các nhiên liệu bay hơi: sử dụng 2,2,4 trimetylpentan để xác định liệu các kết quả thu được có phù hợp với giá trị đã cho trên giấy tờ hay không (47,788MJ/kg, cân trong không khí, nằm ở giữa khoảng độ lặp lại của phương pháp thử). Nếu các kết quả không nằm trong độ lặp lại thì phương pháp xử lý mẫu có thể phải thay đổi. Nếu điều này không thực hiện được hoặc không sửa được sai số
thì cho chạy một loạt phép thử sử dụng 2,2,4 trimetylpentan để thiết lập đương lượng năng lượng với nhiên liệu bay hơi.
Nhiệt cháy của băng nhạy áp hoặc của gelatin/dầu khoáng:
được xác định dựa vào 1,2g băng hoặc 0,5g viên con nhộng giêlatin/dầu khoáng và bỏ qua mẫu. Làm ít nhất ba phép xác định và tính toán nhiệt cháy này như
sau: Q pst = (∆t x W – e1)/1000ª Qpst: nhiệt cháy của băng nhạy áp hoặc của dầu khoáng, MJ/kg W: đương lượng năng lượng của nhiệt lượng kế, MJ/°C
a: khối lượng của băng nhạy áp hay của con nhộng gelatin/dầu khoáng
VI. Quy trình thí nghiệm
1. Cân mẫu: khống chế trọng lượng mẫu, kể cả các nguyên liệu phụ sao cho độ
tăng nhiệt sinh ra bởi sự cháy của nó sẽ bằng sự sinh nhiệt gây ra khi đốt 0,9÷1,1g axit benzoic. Cân mẫu với độ chính xác đến 0,1mg.
Đối với các nhiên liệu cháy dễ bay hơi, làm giảm sự tổn thất bằng cách dùng băng hoặc con nhộng gelatin/dầu khoáng.
Với gelatin/dầu khoáng: cân cốc và con nhộng gelatin. Nên dùng cặp gắp để gắp con nhộng. Cho mẫu vào trong con nhộng, cân cốc với con nhộng và mẫu. Nếu con nhộng khó cháy thì cho vài giọt dầu khoáng lên trên con nhộng rồi cân lại cốc lần nữa.
Đặt cốc vào điện cực đã nối dòng sao cho tâm vòng dây cháy tiếp xúc với con nhộng và dầu.
2. Dùng pipet cho 1ml nước vào bom
3. Với mẫu thử và ngòi đốt sẵn sàng, từ từ nạp oxy vào bom tới áp suất 30atm,
đồng hồđo áp suất ở nhiệt độ phòng, chú ý không để áp suất trong bom vượt quá 40atm. Không xả bom đểđưa áp suất trong bom ra.
4. Nước nhiệt lượng kế: điều chỉnh nhiệt độ của nước nhiệt lượng kế trước khi cân nó theo 2 phương pháp sau :
- Phương pháp bao đẳng nhiệt 1,6 ÷2,0°C dưới nhiệt độ của bao - Phương pháp bao đoạn nhiệt 1,0 ÷1,4°C dưới nhiệt độ phòng
Sự điều chỉnh này sẽ cho nhiệt lượng kế có đương lượng năng lượng khoảng 10,2KJ/°C. Dùng một lượng nước cất hoặc nước đã khử ion cho vào bình nhiệt lượng kế
và nước cùng lúc, cũng có thể xác định bằng phương pháp thể tích nếu nó luôn được đo ở
cùng nhiệt độ. 5. Quan sát :
- Theo phương pháp đẳng nhiệt : lắp nhiệt lượng kế trong bao rồi khởi động máy khuấy. Để 5 phút cho đạt cân bằng rồi ghi nhiệt độ của nhiệt lượng kế theo từng phút trong 5 phút. Điểm hòa lượng nạp ở lúc bắt đầu của phút thứ 6 và ghi thời gian và nhiệt
độ ta. Thêm vào nhiệt độ này 60% độ tăng nhiệt độ mong đợi và ghi thời gian ở lúc đạt
được điểm 60%. Sau giai đoạn tăng nhanh (4 ÷5 phút) thì ghi nhiệt độ ở từng khoảng 1 phút cho tới khi sự khác nhau giữa các kết quả kế tiếp nhau trở nên không đổi trong vòng 5 phút.
- Theo phương pháp bao đoạn nhiệt : lắp nhiệt lượng kế trong bao rồi khởi động máy khuấy. Điều chỉnh nhiệt độ bao cho bằng nhiệt độ của nhiệt lượng kế hoặc thấp hơn một chút rồi cho chạy trong 5 phút đểđạt cân bằng. Điều chỉnh nhiệt độ bao cho hợp với nhiệt độ của nhiệt lượng kế với sai số±0,01°C rồi giữ nguyên trong 3 phút. Ghi nhiệt độ
ban đầu rồi đốt lượng nạp. Điều chỉnh nhiệt độ của bao cho phù hợp với nhiệt độ của nhiệt lượng kế trong suốt thời gian tăng nhiệt độ, bằng cách giữ hai nhiệt độ gần như
nhau trong lúc tăng nhiệt và điều chỉnh trong khoảng ±0,01°C cho đến khi đạt nhiệt độ
cân bằng cuối cùng. Lấy sốđọc nhiệt độ nhiệt lượng kế từng phút một cho đến khi nhận
được nhiệt độ như nhau ở 3 lần đo liên tiếp. Ghi nhiệt độ này làm nhiệt độ kết thúc. 6. Phân tích các chất chứa trong bom. Tháo bom rồi xả áp suất bom với tốc độđều
đặn trong vòng trên 1 phút. Quan sát trong bom xem có hiện tượng không cháy hết hay không. Nếu có phải hủy kết quả.
7. Rửa mặt trong bom kể cả điện cực và các cọc giữ mẫu. Dùng bơm tia nước sạch để rửa và dùng dung dịch chuẩn kiềm chuẩn độ nước rửa với chỉ thị metyl da cam hay metyl đỏ.
8. Tháo và đo mẫu dây điểm hỏa chưa cháy và trừ vào kích thước ban đầu của dây. Ghi lại sự khác nhau do dây cháy.
9. Xác định hàm lượng lưu huỳnh của mẫu nếu nó vượt quá 0,1% theo phương pháp D129
VII. Tính toán
Độ tăng nhiệt độ :
Theo phương pháp bao đẳng nhiệt :
∆t = tc – ta – r1(b – a) – r2(c –b) ∆t : độ tăng nhiệt độđã hiệu chỉnh
a : thời gian cháy
b : thời gian tính gần đúng đến 0,1s khi sự tăng nhiệt độđạt đến 60%
c : thời gian bắt đầu của thời kỳ mà tốc độ thay đổi nhiệt độ theo thời gin không đổi ta : nhiệt độở thời gian cháy a đã được hiệu chỉnh sai số nhiệt kế
r1 : tốc độ (/phút) ở giai đoạn tăng nhiệt 5 phút trước khi điểm hỏa r2 : tốc độ (/phút) tăng nhiệt trong thời gian 5 phút sau thời điểm c. Theo phương pháp bao đoạn nhiệt
∆t = tf– ta
ta : nhiệt độ khi lượng nạp được đốt đã được hiệu chỉnh sai số nhiệt kế
tf : nhiệt độ cân bằng cuối cùng được hiệu chỉnh sai số nhiệt kế
Hiệu chỉnh nhiệt hóa học tính toán cho mỗi phép thử như sau :
Hiệu chuẩn sinh nhiệt của axit nitric, e1 = 5.10-6 x thể tích (cm3) dung dịch chuẩn NaOH, MJ
Hiệu chuẩn sinh nhiệt của axit sulfuric, e2 = 58,6.10-6 x %S trong mẫu x khối lượng mẫu, MJ
Hiệu chuẩn nhiệt cháy của dây, e3 = 1,13.10-6 x mm dây thép đã cháy = 0,96.10- 6 x mm dây crommic C đã cháy, MJ
Hiệu chuẩn nhiệt cháy của băng nhạy áp hay con nhộng gelatin/dầu khoáng, e4 = 10-6 x khối lượng của băng hoặc con nhộng (g) x nhiệt cháy của băng hoặc con nhộng/dầu, MJ/kg
Nhiệt cháy thực toàn phần đẳng tích :
Qg = (∆t x W – e1 – e2 – e3 – e4) /1000 x g, MJ/kg
Nhiệt cháy thực toàn phần đẳng áp :
Qn = Qg – 0,2122 x H, MJ/kg Với H : % khối lượng hydro trong mẫu
Nếu không biết % hydro trong mẫu thì Qn có thể tính theo công thức : Qn = 10,025 + 0,7195 x Qg