Калориметрическая бомба предназначена для определения путем измерения в лабораторных условиях теплотворной способности твердого, жидкого и газообразного топлива. Также ее называют бомбовым калориметром.
Использование в энергетике и других отраслях
Учет и планирование топлива в энергетике и других отраслях хозяйственной деятельности ведут в пересчете на так называемое условное топливо. Его теплотворная способность (теплота сгорания) считается равной 7000 ккал/кг (29,3 МДж/кг). Данную величину используют для выполнения технико-экономических расчетов, сравнения удельного расхода топлива на единицу отпущенной потребителю или выработанной энергии, сложения различных топливных ресурсов.
Теоретическая база
Любой вид натурального топлива (твердое, жидкое, газообразное) для удобства переводят в условное путем деления его теплоты сгорания на 7000 ккал/кг либо на 29,3 МДж/кг. В результате получают величину теплового эквивалента данного конкретного топлива. Но для его вычисления требуется знать точное значение теплотворной способности (теплоты сгорания).
Любое топливо состоит из четырех основных компонентов – трех горючих элементов (углерода, водорода и серы) и некоторого количества воды. Все они входят в состав каждого вида топлива в определенном процентном соотношении в виде смеси, и определить процент содержания каждого из веществ несложно. Однако подсчитать реальную теплотворную способность топлива путем суммирования теплоты сгорания, выделенной каждым из компонентов, не получается – вычисленной суммарное значение не соответствует реальному, причем цифры отличаются значительно.
Данное расхождение обусловлено сложностью физико-химического состава топлива и невозможностью рассматривать его в качестве состоящей из отдельных элементов механической смеси. Точное значение теплотворной способности определят при помощи калориметрической бомбы – прибора для определения изменений энергии, которыми сопровождается химическая реакция горения, в основе работы которого лежит метод калориметрирования.
Устройство и применение
Калориметрическая бомба состоит из толстостенного герметичного цилиндра, выполненного из специальной кислотоупорной стали и окруженного теплозащитной водяной рубашкой (ее объем точно отмерян). В этот цилиндр кладут образец топлива, через подведенную к крышке трубку он заполняется кислородом под давлением 25-30 атмосфер. Образец с топливом (его масса точно известна) находится в чашечке из кварца или платины, которая стоит на стержне, закрепленном на крышке. Этот стержень вместе с образцом топлива и трубкой составляют единую электроцепь. Когда по ней пропускают ток, топливо сгорает.
Энергия, выделяющаяся в результате горения образца, передается водяной рубашке. В ходе эксперимента измеряют повышение температуры водяной рубашки, которое обычно не превышает 1-2 градусов.
В зависимости от размера калориметрической бомбы величина образцов может колебаться в широких пределах. Современные калориметрические бомбы бывают настолько чувствительными, что позволяют использовать чрезвычайно малые количества образца. Это особенно важно в случае образцов дорогостоящих и доступных лишь в очень небольших количествах.
Калориметрическая бомба применяется для сжигания в автоматическом режиме образцов топлива в атмосфере кислорода для определения действительной энергии, выделяемой при его сгорании:
- твердого по ГОСТ 147;
- жидкого по ГОСТ 21261;
- газообразного по ГОСТ 10062, а также при научных исследованиях.
Техника безопасности
При работе с калориметрическими бомбами необходимо соблюдать «Правила устройства и безопасности эксплуатации сосудов, работающих под давлением», прописанными в ГОСТ 949-73 «Баллоны стальные малого и среднего объема для газов» и утвержденные Гостехнадзором, а также требования ГОСТ Р 8.789-2012 «Калориметры сжигания с бомбой. Методика поверки».
Каждый, кто работает с калориметрической бомбой, обязан поддерживать её в требуемом рабочем состоянии, применять её исключительно по назначению, вовремя проводить техническое обслуживание и ремонт согласно существующему регламенту, принимать все необходимые меры безопасности. Нельзя эксплуатировать бомбу, если в ней имеются повреждения, подвергающие опасности работника или окружающих людей.