ГОСТ 34210-2017. Межгосударственный стандарт. Топлива нефтяные. Определение теплоты сгорания в калориметрической бомбе

9 Проведение испытаний

 

9.1 Масса образца

Выбирают массу образца (включая любое вспомогательное топливо) таким образом, чтобы повышение температуры при его сгорании было равно повышению температуры при сгорании 0,9 - 1,1 г бензойной кислоты (см. примечание 2). Взвешивают образец с точностью до 0,1 мг.

Примечание 2 - Если известна приблизительная теплота сгорания образца, вычисляют требуемую массу по формуле

 

m = 26,454/Q_s, (5)

 

где m - масса образца, г;

Q_s - теплота сгорания пробы, МДж/кг.

 

Некоторые топлива содержат воду и механические примеси (золу), которые могут понижать теплоту сгорания. Если необходима теплота сгорания чистого топлива, перед проведением испытания фильтруют образец для удаления свободной воды и нерастворимой золы.

9.1.1 Потери высоколетучих (низкокипящих) жидкостей сокращают, используя ленту или желатиновую капсулу с минеральным маслом.

Примечание 3 - Приемлемые процедуры при обращении с летучими (низкокипящими) жидкостями приведены в библиографии. В [1] - [6] приведены стеклянные держатели образцов, в [7] - металлический держатель образца и в [8] - желатиновый держатель образца.

 

9.1.2 Лента

Размещают самоклеящуюся ленту на верхнюю часть тигля, обрезают ее по краю тигля лезвием и плотно прижимают. Полоску ленты размером 3 x 12 мм складывают посередине и прикрепляют одну половину в центре диска ленты, чтобы получить откидную крышку. Взвешивают тигель с лентой. Перемещают тигель с весов щипцами. Заполняют шприц для подкожных инъекций образцом. Объем образца V, см³, вычисляют по формуле

 

V = (W 0,00032)/(Q D), (6)

 

где W - энергетический эквивалент калориметра, Дж/°C;

Q - приблизительная теплота сгорания образца, МДж/кг;

D - плотность образца, кг/м³.

9.1.2.1 Вводят образец в тигель, прокалывая диск ленты кончиком иглы шприца в таком месте, чтобы крышка из ленты закрывала прокол после удаления иглы. Слегка прижимают крышку металлическим шпателем. Снова взвешивают тигель с лентой и образцом. Не следует дотрагиваться до тигля и ленты незащищенными пальцами во время его взвешивания и заполнения. Тигель размещают в изогнутый электрод и устанавливают проволоку зажигания таким образом, чтобы центральная часть петли была прижата к центру диска ленты.

9.1.3 Желатиновая капсула/минеральное масло

Взвешивают тигель и желатиновую капсулу. Капсулу берут только пинцетом. Вводят образец в капсулу. Снова взвешивают тигель и капсулу с образцом. Если предполагают неполное сгорание в капсуле, добавляют несколько капель минерального масла на капсулу и опять взвешивают тигель с содержимым. Помещают тигель в изогнутый электрод и устанавливают проволоку зажигания таким образом, чтобы центральная часть петли была прижата к капсуле и маслу.

9.2 Вода в бомбе

Пипеткой добавляют в бомбу 1,0 см³ воды.

9.3 Кислород

Бомбу с испытуемым образцом и проволокой зажигания при температуре окружающей среды (9.3.1) медленно заполняют кислородом до давления 3,0 МПа (30 атм). Не продувают бомбу для удаления воздуха, содержащегося в ней (Предупреждение - Следует быть осторожным, чтобы не перегрузить бомбу. Если случайно давление кислорода, введенного в бомбу, превысит 4,0 МПа, процесс сжигания не проводят. Может произойти взрыв с разрушением бомбы. Разъединяют соединения и выпускают кислород из бомбы обычным способом. Утилизируют образец, за исключением тех случаев, когда он не потерял массу, на что указывает повторное взвешивание).

9.3.1 Можно использовать при испытании более высокое или более низкое значение исходного давления в диапазоне от 2,5 до 3,5 МПа при условии, что то же самое давление используют во всех испытаниях, включая стандартизацию.

9.4 Водяной калориметр

Регулируют температуру воды калориметра до взвешивания следующим образом:

- метод с применением изотермической рубашки - от 1,6 °C до 2,0 °C ниже температуры рубашки;

- метод с применением адиабатической рубашки - от 1,0 °C до 1,4 °C ниже температуры окружающей среды.

Указанная начальная регулировка обеспечивает значение конечной температуры, немного превышающее температуру рубашки калориметров с энергетическим эквивалентом приблизительно 10,2 кДж/°C. Некоторые операторы предпочитают использовать более низкое значение начальной температуры, чтобы значение конечной температуры было немного ниже температуры рубашки калориметра. Настоящую процедуру можно использовать при условии ее применения для всех испытаний, включая стандартизацию.

9.4.1 В резервуаре калориметра при проведении каждого испытания должно быть одинаковое количество (+/- 0,5 г) дистиллированной или деионизированной воды. Количество воды (обычно 2000 г) можно определить взвешиванием резервуара калориметра с водой на весах. Можно измерять объем воды при условии, что его измеряют всегда при одном и том же значении температуры.

9.5 Определение методом с использованием изотермической рубашки

Устанавливают калориметр в рубашку и включают мешалку. Перемешивают в течение 5 мин для достижения равновесия, затем с интервалом 1 мин в течение 5 мин записывают значение температуры калориметра (см. примечание 4). Поджигают образец в начале шестой минуты и записывают время и значение температуры t_a. Прибавляют к значению этой температуры 60% от ожидаемого значения повышения температуры и записывают время достижения этого значения температуры (см. примечание 5). После периода быстрого повышения температуры (примерно 4 - 5 мин) регистрируют температуру с интервалом 1 мин, пока разность между последовательными показаниями не будет постоянной в течение 5 мин.

Примечание 4 - Определяют все значения температуры, используя лупу (кроме значений, полученных во время быстрого повышения температуры), с точностью 0,002 °C при использовании термометра для калориметрической бомбы ASTM 56C (термометр Бекмана). Определяют показания термометра Бекмана с точностью до 0,001 °C и показания термометра сопротивления на 25 Ом с точностью до 0,0001 Ом. Для предотвращения ошибок, причиной которых может быть прилипание ртути к стенкам капилляра, постукивают карандашом по ртутному термометру перед снятием показаний.

Примечание 5 - Если неизвестно предполагаемое значение повышения температуры на 60%, приблизительное время можно определить путем регистрации значений температуры через 45, 60, 75, 90, 105 с после поджигания и интерполяции.

 

9.6 Определение методом с использованием адиабатической рубашки (см. примечание 6)

Устанавливают калориметр в рубашку и включают мешалку. Устанавливают значение температуры рубашки, равное или немного ниже температуры калориметра, и перемешивают в течение 5 мин до достижения равновесия. Выравнивают значение температуры рубашки и калориметра с точностью до +/- 0,01 °C и выдерживают 3 мин. Регистрируют значение начальной температуры и поджигают образец. Регулируют значение температуры рубашки во время повышения температуры калориметра, сохраняя, по возможности, примерно равными обе температуры при быстром повышении температуры и корректируя с точностью до +/- 0,01 °C при приближении к окончательной установившейся температуре. Записывают значения температуры калориметра с интервалом 1 мин до получения одного и того же значения температуры в трех последовательных измерениях. Записывают это значение как окончательную температуру. Не регистрируют интервалы времени, поскольку они не являются критическими в адиабатическом методе.

Примечание 6 - Эти указания заменяют положения, приведенные в 9.5, при использовании рубашки, оснащенной для адиабатического контроля температуры.

 

9.7 Анализ содержимого бомбы

Удаляют бомбу и снижают давление с постоянной скоростью в течение не менее 1 мин. Осматривают внутреннюю поверхность бомбы для выявления неполного сгорания. Испытание бракуют при обнаружении несгоревшего образца или сажи.

9.7.1 Промывают тонкой струйкой воды внутреннюю поверхность бомбы, включая электроды и держатель образца, и количественно собирают промывочную воду в химический стакан. Используют минимальное количество воды для промывания, предпочтительно не более 350 см³. Титруют промывочную воду стандартным раствором щелочи, используя индикатор метиловый оранжевый или метиловый красный.

9.7.2 Собирают и измеряют длину частей несгоревшей проволоки и вычитают ее из первоначальной длины. Записывают полученную разницу как израсходованную проволоку.

9.7.3 Определяют содержание серы в образце, если оно превышает 0,1%. Содержание серы определяют по ASTM D 129, анализируя промывочную воду из бомбы, оставшуюся после титрования кислотой. В качестве альтернативы содержание серы можно определить на исходном образце с использованием методов по ASTM D 1266, ASTM D 2622, ASTM D 3120, ASTM D 4294 или ASTM D 5453. Если содержание серы в исходном образце более 0,22%, его можно определить по ASTM D 1552.