低碳混合醇燃燒熱的測定

趙金和，蘭翠玲，韋劉連，韋云川，秦嬌梅

(百色學院 化學與生命科學系，廣西 百色 533000)

低碳混合醇是指分子中碳數從1 ～5(或6)的正構和異構醇組成的混合醇［1］，隨著我國國民經濟的飛速發展，滿足人民日常生活所需，以及出于環境保護方面的考慮，尋找可替代的能源都是今天應該研究的課題，而低碳混合醇恰恰滿足我們的需求［2］。①低碳混合醇辛烷值高，與汽油有良好的摻混性能，可替代MTBE 作為清潔汽油添加劑［1-3］;②混合醇可以用于動力系統，也可以用作燃料，為日常生活所用，具有環保潛力［4］;③混合醇不含硫和芳香族烷烴，可降低尾氣中有害物質的排放［5-9］。王永紅等的研究表明，與基礎汽油相比，加劑后的全配方低碳醇汽油CO 排放平均降低51%;THC(排放的氣體中含有碳氫化合物的總量)排放平均降低18%，有利于防止空氣污染，保護環境［10］;④低碳混合醇基本不含硫，潤滑性好，可降低發動機缸體磨損率，延長使用壽命，對發動機起保護作用;⑤甲醇與乙醇可以以任意比例混合燃燒，也可以單獨使用，現有的柴油機和柴油配送系統不需要改造，可再生性強，資源豐富。雖然低碳醇的熱值略低于汽、柴油，但由于混合醇中含氧10%，使其燃燒較基礎汽油更充分，并且十分有利于內燃機的正常燃燒。趙洋等人的研究表明，隨著汽油中甲醇摻混比的增大，主要成分的熱解性能加強，提高微粒的燃燒效率，改善微粒的燃盡性能［11］。因此，研究低碳混合醇作為替代能源的研究在當今的中國具有重大的現實意義［12-13］。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

無水乙醇、甲醇、丙三醇均為分析純;二次蒸餾水。

SHR-15B 燃燒熱實驗裝置;SYC-15B 超級恒溫水浴;VCY-4 氧壓力表;YOY-1 氧氣減壓器。

1.2 實驗方法

1.2.1 測定熱量計的水當量［14-15］和膠囊的燃燒熱

儀器通電預熱，用膠頭吸管將0.5 mL 甲醇吸入已經稱重的膠囊中，并準確量取一段燃燒絲。充入0.5 kPa 氧氣，再放出，排除空氣1 ～2 次，再充入1.0 kPa 的氧氣。把氧彈放入量熱容器中，加入4 700 mL水，接好電路，計時開關指向“1 分”，點火開關到向“振動”，開啟電源。約10 min 后，若溫度變化均勻，開始讀取溫度。在第10 min 讀數后按下“點火”開關，同時將計時開關倒向“半分”，點火指示燈亮。加大點火電流使點火指示燈熄滅，樣品燃燒。燈滅時讀取溫度。溫度變化率降為0.05 ℃/min后，改為1 min 計時，記錄溫度讀數至少10 min，關閉電源。先取出貝克曼溫度計，再取氧彈，旋松放氣口排除廢氣。測量剩余燃燒絲長度。

取0.5 mL 乙醇和甘油分別用上述方法測量。分析計算求出水當量和膠囊的燃燒熱。

1.2.2 測量甲醇-乙醇的燃燒熱 分別取不同配比甲醇∶乙醇=19∶1，18∶2，17∶3……2∶18，1∶19)的低碳混合醇，按照上述方法測定混合醇燃燒熱。

1.3 數據處理［14］

由上面兩個式子可求出C水、Q膠囊:

驗證:查熱力學性質表得Qp丙三醇，比較理論值和實驗值的相對誤差。

式中 Qv——恒容燃燒熱，J;

Qp——恒壓燃燒熱，J;

C水——水及盛水附件的比熱容;

Δt——雷諾校正溫度。

2 結果與討論

2.1 低碳醇燃燒熱

分別測定純物質甲醇、乙醇和甘油的燃燒熱，結果見表1、圖1 及表2。

表1 純物質實驗數據Table 1 Experimental data of some pure chemicals

圖1 純物質的燃燒熱溫度變化曲線Fig.1 The different curves about reaction temperature according to burning time

表2 驗證實驗數據Table 2 Validation experimental data

求Qv甲、Qv乙，可求出C水、Q膠囊，得出Qv丙三醇，進而求得Qp丙三醇實驗，把Qp丙三醇實驗與Qp甘油理論進行比較，其值相近，證明實驗裝置和方法可靠。

2.2 混合醇燃燒熱

甲醇/乙醇不同配比的燃燒熱測定結果見表3。

表3 甲醇/乙醇不同配比的燃燒熱Table 3 The burning heat of methanol/ ethanol volume ratio

由表3 可知:①甲醇/乙醇混合醇中乙醇的含量增多，總體趨勢溫差變大，因此，燃燒放出的熱量變多，在甲醇/乙醇體積比1∶19 時，放出的熱量最高;②－QV/價格在甲醇/乙醇為17∶3 時達到最大。

3 結論

當甲醇/乙醇體積比1 ∶19 時溫差最大，達1.05 ℃，此時燃燒放出熱量最多為10 644.23 J，也就是說當甲醇/乙醇體積比1∶19 時，甲醇與乙醇混合醇燃燒放出的熱量最高。綜合燃燒熱與價格分析，－ QV/價格在甲醇/乙醇為17 ∶3 時達到最大3.39 J/元。所以，在大規模使用低碳混合醇時，以甲醇/乙醇體積比17∶3 最佳。

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