噴氣燃料熱值實驗室測定研究

魏 徵，余紅偉，晏 欣，宋玉蘇，胡裕龍

(海軍工程大學 理學院化學與材料系，湖北 武漢 430033)

噴氣燃料是我軍主戰飛機的燃油，航空渦輪噴氣發動機噴氣燃料的熱值要高，才能保證發動機獲得較大的推力[1-2]，因此，測定噴氣燃料的熱值具有十分重要的意義。利用彈式量熱計測量熱值的方法和操作比較簡單，成功率高，是物理化學實驗的一個重要實驗項目。何玉萼等[3]、鄭秋容等[4]、韓國彬[5]、羅澄源等[6]編寫的《物理化學實驗》教材，實驗內容均為測定固體樣品的熱值，而測定液體試樣熱值的實驗只有周旭章等[7]編寫的《化學工程實驗技術與方法》書中有此實驗內容。孫紅梅[8]采用藥用膠囊裝取液體試樣的方法，測定了液體試樣的燃燒熱值；曾仁昌[9]等測定了乙醇的燃燒熱值；劉建平[10]等采用藥用膠囊裝取大豆油試樣的方法，對其燃燒熱值進行了測定；韓民樂[11]等采用脫脂棉吸附的方法，測定了幾種試樣的燃燒熱值。本文探討利用彈式量熱計法測定噴氣燃料熱值的方法，可作為實驗室測定的方法。

1 實驗

1.1 主要原料和儀器

原料:苯甲酸為分析純，天津市東麗區天大化學試劑廠；正丙醇為分析純，天津市東麗區天大化學試劑廠；點火絲為鎳絲，南京桑力電子設備廠；脫脂棉為醫用脫脂棉；噴氣燃料為3號，軍用。

儀器：SHR15型燃燒熱測定儀，南京桑力電子設備廠；YP-2型壓片機，上海山岳科學儀器有限公司；YCY-C型充氧器，南京桑力電子設備廠；SHR15型數字溫度計，南京桑力電子設備廠；梅特勒AI2000型電子天平，托利多儀器(上海)有限公司。

1.2 實驗原理和方法

由于液體不能用彈式量熱計直接測量，因此采用脫脂棉吸附噴氣燃料后用彈式量熱計進行測量，通過測定混合體系的熱值，然后利用蓋斯定律計算出噴氣燃料的熱值。

1.2.1 量熱計儀器常數的測定

本文采用標準物質法測定量熱計的儀器常數K，選用苯甲酸作為基準物質。由彈式量熱計的基本原理可知：一定量被測物質在氧彈中燃燒時，所釋放的熱量使氧彈本身及周圍的介質和量熱計有關附件(氧彈、水桶、攪拌器以及感溫探頭等設備)的溫度升高，測量介質在燃燒前后溫度的變化值，就能計算出該樣品的熱值。由下式可以得到量熱計的熱容C計：

L點火絲·Q點火絲+m苯甲酸·Q苯甲酸=

C(C水m水+C計)ΔT=KΔT

(1)

式中：Q苯甲酸=-26 477 J/g；Q點火絲=-4.1 J/cm；L點火絲為點火絲燃燒長度，即點火絲燃燒前后的長度差，其值為(10-L燃燒后)cm;K為儀器常數，有

K=C水m水+C計

(2)

1.2.2 試樣熱值的測定方法

準確稱取脫脂棉(約0.05 g)，并記錄其質量；將脫脂棉放入坩堝中，用彈式量熱計測定其熱值，記為Q脫脂棉，則有：L點火絲·Q點火絲+m脫脂棉·Q脫脂棉=KΔT。另取一塊約0.05 g的脫脂棉，準確稱量其質量，放入坩堝中，用滴管滴取約0.5 g的待測油品于脫脂棉中，并準確記錄噴氣燃料的質量m樣，用彈式量熱計測定其熱值，記為Q樣+脫脂棉，則有：L點火絲·Q點火絲+m樣+脫脂棉·Q樣+脫脂棉=KΔT，則待測油品的熱值為

Q樣=Q樣+脫脂棉-Q脫脂棉

(3)

2 實驗結果與討論

2.1 量熱計儀器常數K的測定

量熱計測定儀器常數K的實驗結果見圖1。有ΔT=TH-TL，計算得到的K值見表1。3次測量的儀器常數平均值為15.216 kJ/k。

圖1 量熱計儀器常數K的測定結果

表1 儀器常數K

2.2 脫脂棉熱值的測定

脫脂棉熱值的測定結果見圖2，脫脂棉熱值的計算結果見表2。測得脫脂棉熱值的平均值為17.986 kJ/g。

圖2 脫脂棉熱值的測定結果

表2 脫脂棉熱值的計算

2.3 正丙醇熱值的測定

正丙醇熱值的測定結果見圖3，熱值的計算結果見表3。測得正丙醇的熱值平均值為1 966.284kJ/mol，與準確值比較誤差為2.65%。

圖3 正丙醇熱值的測定結果

表3 正丙醇熱值的計算結果

由上述實驗結果的誤差可知，本文采用的實驗方法可行，實驗結果符合一般普通化學實驗要求[12]。

2.4 噴氣燃料熱值的測定

噴氣燃料熱值的測定結果見圖4。測得熱值的計算結果見表4，噴氣燃料熱值平均值為49.659 kJ/g。

圖4 噴氣燃料熱值的測定結果

表4 噴氣燃料的計算

3 結論

(1) 通過脫脂棉吸附噴氣燃料測定噴氣燃料熱值的實驗方法，點火成功率高，裝置氧彈比較方便，因此，測定液體試樣宜采用此方法。

(2) 測得正丙醇的熱值為1 966.284 kJ/mol，與準確值比較，相對誤差為2.65%，實驗方法可行，符合普通化學實驗開設要求。

(3) 采用脫脂棉吸附法測定噴氣燃料的熱值為49.659 kJ/g。

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[9] 曾仁昌，賴煥然，潘湛昌，等.乙醇燃燒熱測定實驗的改進[J].化學工程與裝備，2010，25(7)：142-143.

[10] 劉建平，楊新麗，閆向陽.氧彈卡計測定食用大豆油熱值[J].廣州化工，2008，35(5)：110-113.

[11] 韓民樂，吳海霞，鄒丁艷，等.液體試樣燃燒熱的測定[J].洛陽師范學院學報，2010，29(2)：208-209.

[12] 華東師范大學分析化學教研組，成都師范大學化學教研組.分析化學[M].4版.北京：高等教育出版社，1998:467-468.