地溝油燃燒熱的測定

胡萬鵬，郁亞娟(.嘉興學(xué)院化學(xué)工程研究所，浙江嘉興3400;.嘉興市綠能環(huán)?？萍加邢薰荆憬闻d3403)

地溝油是一種重要的可再生資源。目前，我國每年回收的地溝油達到300萬～600萬t。地溝油的燃燒熱(熱值、發(fā)熱量)是在地溝油向燃料方向研究開發(fā)過程中一個重要的物性參數(shù)。固體試樣燃燒熱的測定是采用將固體粉末壓片的方法，壓片內(nèi)部置入點火電熱絲。但是，對于液體而言，由于液體具有流動性，無固定形狀又易揮發(fā)，不能采用壓片的方法。迄今為止，有關(guān)液態(tài)物質(zhì)的燃燒熱測定方法的報道相對較少。目前，已報道的有填裝法和引燃法。

閆學(xué)海等［1］采用藥用膠囊裝取液體試樣，實現(xiàn)了油水煤漿燃燒熱的直接測定。粟智等［2］采用醫(yī)用膠囊作為裝樣容器，測定了蜂蜜和食用花生油的熱值，獲得良好試驗結(jié)果。鄔蓓蕾等［3］利用正癸烷作助燃劑誘發(fā)奧里油燃燒，解決了奧里油不易直接被點燃的問題，使奧里油在氧彈中完全燃燒，在量熱儀上準確測定了奧里油的熱值。矯常命等［4］利用無水乙醇作為助燃劑，誘發(fā)玉米秸稈熱解液體燃燒，在量熱儀上準確測定了玉米秸稈熱解油的熱值。靳福泉［5］以苯甲酸作為引燃劑，測定了蓖麻油的燃燒熱。莫曉樹等［6］采用適量苯甲酸作助燃劑，將片狀苯甲酸直接壓在濃黑液的樣品上引燃樣品，用氧彈法直接測定蔗渣造紙的有機物廢液——濃黑液的發(fā)熱量。王運華等［7］采用苯甲酸引燃法測定了重油等高燃點物質(zhì)的燃燒熱。韓民樂等［8］把有機物液體吸附于脫脂棉中，用點火電熱絲引燃，成功測定了環(huán)己烷和丙三醇的燃燒熱。這些方法都引入助燃劑或膠囊、脫脂棉等容器作用的物質(zhì)。在核對測量結(jié)果時，必須扣除這些物質(zhì)對待測物質(zhì)燃燒熱的貢獻。針對上述測量方法的不足，筆者對點火電熱絲的形狀和放置方式做出改進，并且利用改進后的氧彈法測定地溝油的燃燒熱，具有設(shè)備簡單、測量速度快、操作簡單的特點，測定結(jié)果的重現(xiàn)性較好。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 地溝油樣品600 ml，采自嘉興市綠能環(huán)?？萍加邢薰?#成品罐，含水率0.05%。

1.2 試驗設(shè)備 AC08HL微機自動量熱儀，配置氧彈，自動點火系統(tǒng)，上海華呂儀器設(shè)備有限公司。點火絲熱值25.00 J;氧氣99.99%;高壓充氣閥。

1.3 試驗方法 準確稱取地溝油樣品0.400 0～0.700 0 g，置入氧彈的小坩堝內(nèi)，彈筒內(nèi)加入10 ml蒸餾水。點火電熱絲彎曲成U型或繞成螺旋狀(圖1)，與氧彈的電極連接后，浸入坩堝的油品中，安裝點火電熱絲時注意不能接觸到坩堝壁或底部。密封氧彈，充入3.0 MPa純氧，充氧時間大于30 s。將氧彈放入微機自動量熱儀，儀器中儲有一定量(4.2～5.0 L)的蒸餾水，以吸收氧彈放出的熱量，溫度精度0.000 1 K。計算機程序控制量熱儀，自動點火，采集測量數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集后，取出氧彈，減壓放氣。旋下氧彈蓋，檢查樣品燃燒結(jié)果，計量殘余的點火電熱絲的質(zhì)量。測定一個樣品儀器耗時15～21 min。

儀器的操作軟件能夠在測定發(fā)熱量的過程中自動給出燃燒曲線(圖2)。

圖1 氧彈中點火電熱絲浸入坩堝示意

1.4 測定原理 根據(jù)蓋斯定律，測定燃燒熱的原理如下:

式中，Qsamp為樣品燃燒熱，kJ/kg;msamp為樣品質(zhì)量，kg;Q'為添加物的燃燒熱，kJ/kg;m'為添加物質(zhì)量，kg;Qign為點火電熱絲的燃燒熱，kJ/kg;mign為點火電熱絲質(zhì)量，kg;Cca為量熱計熱容，kJ/(kg·K);ΔT樣品燃燒前后體系的溫升，K。

圖2 地溝油樣品燃燒后溫度－時間曲線

由于量熱計熱容已經(jīng)使用苯甲酸等標準物質(zhì)進行標定，即Cca已知;該方法沒有使用膠囊、藥棉等添加物，即m'=0;點火電熱絲的質(zhì)量和燃燒熱均為已知，并且儀器測量軟件可以扣除該值，則測得體系溫升，即可測算出樣品的燃燒熱值。

2 結(jié)果與分析

地溝油和不同油類物質(zhì)的燃燒熱值見表1、2。對點火電熱絲作適當改進，使之適用于測定液態(tài)樣品，擴展了量熱儀的應(yīng)用范圍，并以此測定了地溝油的熱值。同時，測定過程不需要添加引燃助劑，減少了繁瑣的計算;不需要使用藥用膠囊盛裝油樣，減少了實驗步驟，降低實驗成本。在微電腦自動量熱儀中使用本方法，操作簡便、測量速度快，測定結(jié)果的重現(xiàn)性較好。

表1 地溝油的燃燒熱值

表2 不同油類物質(zhì)的燃燒熱值［2－13］ kJ/kg

［1］閆學(xué)海，朱紅.液體試樣燃燒熱的測定方法［J］.化學(xué)研究，2000，11(4):50－51.

［2］粟智，申重，劉叢.食用花生油熱值的測定［J］.生命科學(xué)儀器，2006(4):34－36.

［3］鄔蓓蕾，林振興，於雷.氧彈法測定奧里油的熱值［J］.理化檢驗－化學(xué)分冊，2004，40(12):700 －701.

［4］矯常命，何芳.玉米秸稈熱解液體產(chǎn)物熱值的測定［J］.山東理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2006，20(2):11 －14.

［5］靳福泉，鄒麗君，盧培豐.蓖麻油燃燒熱的測定及其生成焓的轉(zhuǎn)換［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2003，13(7):118 －119.

［6］莫曉樹，羅平.苯甲酸作助燃劑氧彈法測定濃黑液的發(fā)熱量［J］.化學(xué)世界，1999(3):153－156.

［7］王運華，孫傳慶，梁鴻.苯甲酸助燃氧彈量熱法測定高燃點物質(zhì)的燃燒熱［J］.石河子大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2002，20(2):168 －170.

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

［9］劉迎春，曹衛(wèi)彬，孫傳慶.棉籽油及其調(diào)和油的熱值測定與分析［J］.石河子大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2008，26(3):366 －370.

［10］粟智，申重，劉叢.食用大豆油熱值的測定［J］.大豆科學(xué)，2006，25(4):458 －460.

［11］劉建平，楊新麗，閆向陽.氧彈卡計測定食用大豆油熱值［J］.廣東化工，2008，35(5):110 －112

［12］黃錦成，劉海峰，張全長.柴油機燃用生物柴油和柴油混合燃料的試驗研究［J］.廣西大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2006，31(3):185 －189.

［13］張全國，徐國強，楊群發(fā)，等.生物質(zhì)焦油熱物理特性研究［J］.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001，20(5):493 －496.