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易燃液体燃烧热的热量计算方法

导读:样品燃烧热的实验值与计算结果吻合良好,验证了数值方法的可靠性。有机物燃烧热随碳原子数增加而增加,碳原子数相同的同类物质中直链结构有机物燃烧热要稍高于支链结构的燃烧


返回列表 来源:未知 发布日期:2019-04-14 11:00【
易燃液体一般在石化企业的仓库中集中存储,主要包括烷烃、环烷烃、芳香烃、醇、醚、醛等多类物质,具有毒害、易燃、易爆炸等危险特性,且储量巨大,一旦发生泄漏和火灾,经济损失巨大。燃烧热是确定火灾、爆炸危险指数的重要参数,对物质的质量燃烧速率、热释放速率等有重要影响。因此,易燃液体的燃烧热受众多研究人员的关注。

目前,燃烧热测量的常用方法为氧弹热量热法,可用于固体、液体燃料、可燃垃圾、食品、饲料等物质在氧气中燃烧热值的测定。一般采用胶囊装取液体样品,但不同材质的胶囊适用于不同液体,应用范围窄,且实验过程中可能存在胶囊燃烧不完全等现象。研究人员提出了试样载体的改进方法,用中速定量滤纸代替胶囊作为载体测量煤油的燃烧热,实验成功率较高,但该方法仍存在适用范围窄等问题。近年来,研究者采用胶膜法测量液体的燃烧热,液体不与胶膜直接接触,同时防止液体挥发,应用范围较广。然而,对燃烧热值范围未知的易燃液体,因具有挥发性高、燃烧热值大等特点,在实验过程中难以确定试样量,存在爆炸风险,实验危险性较高。有人提出用耗氧法估算聚合物的燃烧热,但限制条件较多,适用范围窄。
 
笔者提出从燃烧热的测量原理出发,利用基团贡献法估算物质的标准摩尔生成焓和摩尔定压热容,在恒容条件下,计算物质燃烧反应过程的摩尔反应热,获得燃烧热的计算方法。采用氧弹量热仪的胶膜法测定了 8 种典型易燃液体的燃烧热,将燃烧热的实验值与计算结果对比,验证数值方法的有效性,分析易燃液体中有机物燃烧热的变化规律。
 
可以看出,有机物的燃烧热随分子碳原子数的增加而增大,与物质种类无关。正丁醇和叔丁醇、甲基正丁基醚和甲基叔丁基醚、正己烷和环己烷的燃烧热值均较为接近,且直链结构物质燃烧热值较大。可以认为碳原子数相同的同类有机物,燃烧热值较为接近,且直链结构的物质燃烧热值较高。
 
结 论
(1)提出了燃烧热的理论计算方法。从燃烧热的测量原理出发,以基团贡献法估算物质的标准摩尔生成焓和摩尔定压热容;根据物质燃烧的反应公式,计算物质燃烧反应的标准摩尔反应焓;经过温度和压力换算,求得物质燃烧的摩尔反应热,即物质的燃烧热。
 
(2)以 8 种典型易燃液体为对象,根据上述理论方法计算其燃烧热值,并用氧弹量热仪进行实验验证,燃烧热的实验值和计算值的相对误差均在 10%左右,相对误差较小,其中甲基叔丁基醚燃烧热的实验值与理论值偏差为0.95%,结果吻合好,验证了数值方法的可行性。
 
(3)有机物的燃烧热随分子碳原子数的增加而增大,与物质种类无关。碳原子数相同的同类物质之间燃烧热值较为接近,且直链结构的物质燃烧热值较高。