煤揮發(fā)分測(cè)定準(zhǔn)確性探討.docVIP

Anhui Vocactional determination of volatile best quality of crucible similar to the determination of repeatability to comply with the requirements of GB. 關(guān)鍵詞：煤 測(cè)定技術(shù) 揮發(fā)分 坩堝 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 2 - 目目 錄錄 摘要（中文）1 摘要（英文）1 引 言3 第一章 準(zhǔn)確測(cè)定揮發(fā)分的重要性3 1.1 煤中揮發(fā)分的測(cè)定原理 3 1.2 煤中揮發(fā)分的主要組成 3 1.3 煤中揮發(fā)分測(cè)定的意義 3 第二章 揮發(fā)分的測(cè)定方法 3 2.1 方法提要 3 2.2 測(cè)定步驟 4 第三章 影響煤揮發(fā)分準(zhǔn)確測(cè)定的若干因素4 3.1 加熱溫度 4 3.2 總加熱時(shí)間對(duì)揮發(fā)分測(cè)定結(jié)果的影響 4 3.3 冷卻時(shí)間對(duì)揮發(fā)分測(cè)定結(jié)果的影響 5 3.4 坩堝數(shù)目對(duì)揮發(fā)分測(cè)定的影響 5 3.5 坩堝嚴(yán)密性對(duì)揮發(fā)分測(cè)定結(jié)果的影響 5 3.6 坩堝架對(duì)揮發(fā)分的影響 5 3.7 馬弗爐的恒溫區(qū) 5 3.8 坩堝數(shù)目對(duì)揮發(fā)分測(cè)定的影響 6 第四章 坩堝和坩堝蓋質(zhì)量的影響6 4.1 坩堝質(zhì)量的影響 6 4.2 坩堝蓋質(zhì)量的影響 8 總 結(jié)9 致 謝 10 參考文獻(xiàn) 11 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 3 - 引 言 煤在規(guī)定的條件下隔絕空氣加熱，并進(jìn)行水分校正后揮發(fā)物質(zhì)的產(chǎn)率即為 揮發(fā)分。工業(yè)分析中測(cè)定的揮發(fā)分不是煤中原來(lái)固有的揮發(fā)性物質(zhì)，而是煤在 嚴(yán)格規(guī)定條件下加熱時(shí)的熱分解產(chǎn)物，所以煤揮發(fā)分的測(cè)定是一個(gè)規(guī)范性很強(qiáng) 的實(shí)驗(yàn)，改變?nèi)魏螌?shí)驗(yàn)條件都會(huì)給測(cè)定結(jié)果帶來(lái)不同程度的影響，所以為了 能夠更準(zhǔn)確的測(cè)定揮發(fā)分作出探討 第一章第一章 準(zhǔn)確測(cè)定揮發(fā)分的重要性 1.11.1煤中揮發(fā)分的測(cè)定原理 把煤隔絕空氣加熱到（90010）左右，煤中的有機(jī)物質(zhì)和一部分礦物質(zhì) 分解成氣體或液體逸出，減少煤中的水分剩余的就是揮發(fā)分。 1.21.2煤中揮發(fā)分的主要組成 煤中的有機(jī)質(zhì)在一定溫度和條件下，受熱分解后產(chǎn)生的可燃性氣體，被稱 為揮發(fā)分，煤中揮發(fā)分主要是由是由水分、碳?xì)涞难趸锖吞細(xì)浠衔锝M成， 但煤中物理吸附水（包括外在水和內(nèi)在水）和礦物質(zhì)二氧化碳不屬于揮發(fā)分之 列。 1.31.3煤中揮發(fā)分測(cè)定的意義 揮發(fā)分是煤炭分類的主要指標(biāo)，根據(jù)揮發(fā)分可以大致判斷煤的變質(zhì)程度。 此外根據(jù)煤的揮發(fā)分和焦渣特征可以初步判斷煤的加工利用性質(zhì)和熱值的高低。 以符號(hào) Vdaf（過(guò)去用 Vr）表示。煤中有機(jī)質(zhì)的可揮發(fā)的熱分解產(chǎn)物。其中除含 有氮、氫、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和硫化氫等氣體外，還有一些復(fù)雜的有 機(jī)化合物。實(shí)驗(yàn)中將煤樣在隔絕空氣條件下高溫加熱，從煤中有機(jī)質(zhì)分解出來(lái) 的液體和氣體的總量中減去水分，就得出揮發(fā)分。Vdaf（過(guò)去用 Vr）表示。其 殘留物的粘結(jié)、結(jié)焦性狀稱為焦渣特征。由于煤中礦物質(zhì)會(huì)影響揮發(fā)分的數(shù)值， 因此一般用精煤測(cè)定揮發(fā)分，并以可燃物（干燥無(wú)灰基）為基準(zhǔn)，計(jì)算出揮發(fā) 分產(chǎn)率。揮發(fā)分產(chǎn)率在一定程度上能反映煤的變質(zhì)程度；變質(zhì)程度愈高，煤的 揮發(fā)分產(chǎn)率愈低。揮發(fā)分產(chǎn)率是確定煤的類別的主要指標(biāo)之一，也是確定煤層 氧化帶的一個(gè)參數(shù)。另外，根據(jù)揮發(fā)分產(chǎn)率和焦渣形狀能初步判斷煤的加工技 術(shù)特性。測(cè)定煤的揮發(fā)分在工業(yè)應(yīng)用上和煤質(zhì)研究方面都有重要意義。 第二章第二章 揮發(fā)分的測(cè)定方法 2.12.1方法提要 稱取一定量的空氣干燥煤樣，放在帶蓋的磁坩堝中，在（90010）下， 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 4 - 隔絕空氣加熱 7 分鐘。以減少的的質(zhì)量占煤樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，減去該煤樣的水 分含量作為煤樣的揮發(fā)分。 2.22.2測(cè)定步驟 2.2.1 在預(yù)先于 900溫度下灼燒至質(zhì)量恒定的帶蓋瓷坩堝中，稱取粒度小 于 0.2的空氣干燥煤樣（1.000.01）g（稱準(zhǔn)至 0.0002g）,然后輕輕振動(dòng)坩 堝，使煤樣攤平，蓋上蓋，放在坩堝架上。 2.2.2 將馬弗爐預(yù)先加熱至 920左右。打開(kāi)爐門，迅速將放有坩堝的架子 送入恒溫區(qū)，立即關(guān)上爐門并計(jì)時(shí)，準(zhǔn)確加熱 7min，坩堝及架子放入后，要求 爐溫在 3min 內(nèi)恢復(fù)至（90010），此后保持在（90010）。否則此次試 驗(yàn)作廢。加熱時(shí)間包括溫度恢復(fù)時(shí)間在內(nèi)。 2.2.3 從爐中取出坩堝，放在空氣中冷卻 5min 左右，移入干燥器中冷卻至 室溫（約 20min）后稱量。 第三章第三章 影響煤揮發(fā)分準(zhǔn)確測(cè)定的若干因素 揮發(fā)分是煤的工業(yè)分析中最難測(cè)準(zhǔn)的一個(gè)項(xiàng)目,影響揮發(fā)分測(cè)定的因素很多,主 要有加熱溫度和時(shí)間;坩堝材質(zhì)、大小、厚薄、嚴(yán)密性與坩堝架大小;試樣的質(zhì) 量和粒度以及水分測(cè)定的準(zhǔn)確度和實(shí)驗(yàn)操作是否規(guī)范等，因此揮發(fā)分的測(cè)定是 一個(gè)規(guī)范性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。 3.13.1加熱溫度 國(guó)標(biāo)中對(duì)加熱樣品的溫度有明確的規(guī)定，但在具體操作中加熱溫度不容易 控制，常見(jiàn)的有馬弗爐控制不好，不能保證樣品爐溫在 3min 內(nèi)恢復(fù)至 （90010），解決該問(wèn)題方法是剛放入煤樣后的加熱時(shí)間，通常馬弗爐設(shè)定 的加熱時(shí)間是 1min，然后從 1min1s 到 2min59s 不加熱，再?gòu)?3min 開(kāi)始控溫， 控制溫度在（90010）至 7min，要保證樣品爐溫在 3min 內(nèi)恢復(fù)至 （90010）就要根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整剛放入煤樣后的加熱時(shí)間，馬弗爐設(shè) 定為 50s 較佳，用的時(shí)間長(zhǎng)可以適當(dāng)延長(zhǎng)開(kāi)始的加熱時(shí)間。 還要注意馬弗爐預(yù)先加熱至 920左右后應(yīng)穩(wěn)定一段時(shí)間，一般穩(wěn)定 20min，避 免爐溫不穩(wěn)定影響在 3min 內(nèi)不能恢復(fù)至（90010）。在隔絕空氣條件下對(duì) 煤樣加熱，煤樣會(huì)隨著溫度的變化而變化，結(jié)果如下表 表 3-1 煤樣在各階段溫度變化情況 溫度/ 煤樣發(fā)生的變化 100 內(nèi)在水分逸出 200 結(jié)晶水逸出 250 第一次熱解開(kāi)始，有氣體逸出 350 產(chǎn)生焦油 530600 停止產(chǎn)生焦油 815 碳酸鹽完全分解 600850 至 900 第二次熱解開(kāi)始，氣體再次逸出 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 5 - 3.23.2總加熱時(shí)間對(duì)揮發(fā)分測(cè)定結(jié)果的影響 總加熱時(shí)間對(duì)揮發(fā)分測(cè)定的影響總加熱時(shí)間（包括溫度恢復(fù)時(shí)間）要嚴(yán)格 控制在 7min，應(yīng)在 6min59s 就取，不要等到 7min 再取。研究表明，如果取早 了結(jié)果偏低，取晚了結(jié)果偏高。計(jì)時(shí)應(yīng)該是：當(dāng)爐溫升到 900910，將煤 樣坩堝放進(jìn)馬弗爐恒溫區(qū)時(shí)，立即開(kāi)始計(jì)時(shí)，馬上關(guān)閉爐門，等待升溫。在 6min58s 時(shí)，打開(kāi)爐門，正好 7min 時(shí)將煤樣拿出馬弗爐。由下表實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以 看出，提前拿出坩堝，人為減少總加熱時(shí)間，會(huì)使結(jié)果偏低，而延長(zhǎng)總加熱時(shí) 間，測(cè)量結(jié)果會(huì)偏大。 表 3-2 加熱時(shí)間對(duì)揮發(fā)分測(cè)定的影響 總加熱時(shí)間 6min55s7min7min5s7min10s 樣品 1/g 33.4933.6033.9634.15 樣品 2/g 24.0624.3124.5925.11 3.33.3冷卻時(shí)間對(duì)揮發(fā)分測(cè)定結(jié)果的影響 實(shí)驗(yàn)分析了冷卻時(shí)間對(duì)灰分的測(cè)定結(jié)果的影響，煤樣取自當(dāng)天的入煤爐。 將馬弗爐中加熱 7 分鐘的煤樣取出，一個(gè)煤樣在空氣中冷卻 5 分鐘后放入干燥 皿，另一個(gè)在空氣中冷卻 15 分鐘后放入干燥皿，在干燥皿冷卻 20 分鐘后稱量。 發(fā)現(xiàn)按規(guī)定冷卻 5 分鐘的煤樣，其揮發(fā)分均比冷卻 15 分鐘的偏高，說(shuō)明煤樣在 空氣中冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)吸附空氣中的水分。 3.43.4坩堝數(shù)目對(duì)揮發(fā)分測(cè)定的影響 分別在標(biāo)準(zhǔn) 6 個(gè)孔坩堝架上放上 2 個(gè) 4 個(gè)和 6 個(gè)坩堝，測(cè)定煤樣的揮發(fā)分。 當(dāng)坩堝架上的坩堝數(shù)目不同時(shí)，分布在坩堝周圍的溫度就有差異，從而導(dǎo)致測(cè) 定結(jié)果不同，當(dāng)不足 6 個(gè)時(shí)，測(cè)定結(jié)果會(huì)偏高。因此測(cè)定時(shí)要保證坩堝數(shù)目為 6 個(gè)，坩堝不足時(shí)，可以用空坩堝補(bǔ)足，以便確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。 3.53.5坩堝嚴(yán)密性對(duì)揮發(fā)分測(cè)定結(jié)果的影響 試驗(yàn)中一個(gè)選用合格的符合 GB/T212-91 規(guī)定的坩堝，另一個(gè)選用坩堝蓋與 坩堝之間存在空隙，不符合 GB/T212-91 的坩堝，試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)后者的揮發(fā)分一直 比前者高，并且在坩堝上可以看到灰白色物質(zhì)，說(shuō)明煤樣被空氣氧化了。標(biāo)準(zhǔn) 的揮發(fā)分坩堝是帶有配合嚴(yán)密上蓋的瓷坩堝，總質(zhì)量為 15-20g。 3.63.6坩堝架對(duì)揮發(fā)分的影響 選用一個(gè)經(jīng)過(guò)多次高溫灼燒的耐熱金屬架（A 架） 、一個(gè)新制的金屬坩堝架 （B 架）對(duì)煤樣進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)下表。從中可以看出 B 架所測(cè)煤樣的揮 發(fā)分偏低，這是由于每次實(shí)驗(yàn)后，新制坩堝架上有金屬片狀物脫落，部分貼在 坩堝體上，部分落在坩堝蓋上，導(dǎo)致?lián)]發(fā)分測(cè)定結(jié)果偏低。所以要用耐熱金屬 做的坩堝架，受熱時(shí)不能掉皮。如果坩堝架不合格，受熱時(shí)會(huì)粘在坩堝上，測(cè) 定的結(jié)果偏低。 表 3-3 坩堝架對(duì)揮發(fā)分的影響變化 坩堝架第一次/g第二次/g第三次/g第四次/g A 架 33.6333.6033.6733.69 B 架 33.1633.2233.1533.21 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 6 - 3.73.7馬弗爐的恒溫區(qū) 將馬弗爐爐膛劃分成三個(gè)區(qū)域：前區(qū)（靠近爐門） 、中央?yún)^(qū)和后區(qū)（靠近后 墻） 。依據(jù) GB9452-88、JB/T5520-91 和 JB/T9505-1999 標(biāo)準(zhǔn)，使用溫場(chǎng)記錄儀 測(cè)量三個(gè)區(qū)域的溫度分布和變化，并記錄結(jié)果。該儀器可以同時(shí)測(cè)量 8 個(gè)不同 溫點(diǎn)的溫度，測(cè)量范圍為 01200，精確度為 0.5。記錄數(shù)據(jù)如下表所示， 可知中央?yún)^(qū)溫場(chǎng)均勻性良好，確定中央?yún)^(qū)為恒溫區(qū)。定期測(cè)量馬弗爐的恒溫區(qū)， 裝有煤樣的坩堝必須放在馬弗爐的恒溫區(qū)內(nèi)。如果放在恒溫區(qū)外，其測(cè)定結(jié)果 會(huì)偏低。 表 3-4 馬弗爐區(qū)域?qū)]發(fā)分的影響 煤樣恒溫區(qū)內(nèi)恒溫區(qū)前恒溫區(qū)后 樣品 1/g 33.5433.2433.26 樣品 2/g 24.2824.1224.16 3.83.8坩堝數(shù)目對(duì)揮發(fā)分測(cè)定的影響 分別在標(biāo)準(zhǔn) 6 孔坩堝架上放 2 個(gè)、4 個(gè)和 6 個(gè)坩堝，測(cè)量煤樣的揮發(fā)分。 當(dāng)坩堝架上的坩堝數(shù)目不同時(shí)，分布在坩堝周圍的溫度就有差異，從而導(dǎo)致測(cè) 定結(jié)果不同，當(dāng)不足六個(gè)時(shí)，測(cè)量結(jié)果會(huì)偏高。因此實(shí)驗(yàn)都要保證坩堝數(shù)目為 6 個(gè)，坩堝不足時(shí)，可以用空坩堝補(bǔ)足，以便確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠。 表 3-5 揮發(fā)分隨坩堝數(shù)目的變化 煤樣2 個(gè)坩堝4 個(gè)坩堝6 個(gè)坩堝 樣品 1/g 33.9333.8733.72 樣品 2/g 24.6824.5224.42 第四章 坩堝和坩堝蓋質(zhì)量的影響 國(guó)標(biāo)中要求坩堝的總質(zhì)量為 1520g，可是揮發(fā)分在坩堝總質(zhì)量從 15g 到 20g 具體怎么變化？變化的量究竟有多大？為此探討坩堝對(duì)揮發(fā)分準(zhǔn)確測(cè)定的 影響，把坩堝整體分成坩堝和坩堝蓋，所用儀器設(shè)備完全符合國(guó)標(biāo)，實(shí)驗(yàn)步驟 嚴(yán)格按照國(guó)標(biāo)操作步驟，得出以下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。 4.14.1坩堝質(zhì)量的影響 下表是研究坩堝質(zhì)量對(duì)揮發(fā)分影響的三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)用坩堝蓋重 （4.50.02）g，坩堝總質(zhì)量為（1520）g 的要求。坩堝質(zhì)量增加，其變化 規(guī)律如下圖折線圖所示 表 4-1 揮發(fā)分隨坩堝壁厚變化情況 揮發(fā)分產(chǎn)率坩堝質(zhì)量 樣品 1/g樣品 2/g樣品 3/g 11.661738.108341.182919.2024 12.54937.997841.069519.1451 13.552437.861340.910419.0978 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 7 - 13.99137.762240.829219.0654 14.639437.703940.722719.0324 15.406637.574740.630618.9865 樣品1 37.3 37.4 37.5 37.6 37.7 37.8 37.9 38 38.1 38.2 11.661712.54913.552413.99114.639415.4066 樣品1 圖 4-1 樣品 1 隨坩堝壁厚變化折線圖 樣品2 40.3 40.4 40.5 40.6 40.7 40.8 40.9 41 41.1 41.2 41.3 11.661712.54913.552413.99114.639415.4066 樣品2 圖 4-2 樣品 2 隨坩堝壁厚變化折線圖 樣品3 18.85 18.9 18.95 19 19.05 19.1 19.15 19.2 19.25 11.661712.54913.552413.99114.639415.4066 樣品3 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 8 - 圖 4-3 樣品 3 隨坩堝壁厚變化折線圖 實(shí)驗(yàn)表明：揮發(fā)分隨坩堝壁厚的增加而逐漸降低，呈線性變化；但是數(shù)據(jù) 中樣品 1 揮發(fā)分最大值和最小值差為 0.5336，樣品 2 為 0.5223，樣品 3 為 0.2159，根據(jù)揮發(fā)分測(cè)定的精密度規(guī)定，樣品 1 測(cè)得的揮發(fā)分差值超出重復(fù)性 限，樣品 2 和 3 沒(méi)有超出。 4.24.2坩堝蓋質(zhì)量的影響 下表是研究坩堝蓋質(zhì)量對(duì)揮發(fā)分影響的三組數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)用坩堝蓋重 （4.50.02）g，坩堝總質(zhì)量也符合國(guó)標(biāo)中的要求。其變化規(guī)律如下折線圖所 示。 表 4-2 揮發(fā)分隨坩堝蓋質(zhì)量變化情況 揮發(fā)分產(chǎn)率坩堝蓋質(zhì) 量樣品 1/g樣品 2/g樣品 3/g 3.631739.097345.614718.3667 3.915139.082145.598818.3516 4.309939.046145.566418.3375 4.571739.032545.552118.3227 4.628539.034845.553818.3251 5.962638.943545.438718.2531 樣品1 38.85 38.9 38.95 39 39.05 39.1 39.15 3.63173.91514.30994.57174.62855.9626 樣品1 圖 4-4 樣品 1 揮發(fā)分隨坩堝蓋質(zhì)量變化折線圖 安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 9 - 樣品2 45.35 45.4 45.45 45.5 45.55 45.6 45.65 3.63173.91514.30994.57174.62855.9626 樣品2 圖 4-5 樣品 2 隨坩堝蓋質(zhì)量變化折線圖 樣品3 18.18 18.2 18.22 18.24 18.26 18.28 18.3 18.32 18.34 18.36 18.38 3.63173.91514.30994.57174.62855.9626 樣品3 圖 4-6 樣品 3 揮發(fā)分隨坩堝質(zhì)量變化折線圖 實(shí)驗(yàn)表明:揮發(fā)分隨坩堝蓋質(zhì)量的增加而逐漸降低，呈線性變化，樣品 1 揮 發(fā)分最大值和最小值差為 0.1538，樣品 2 為 0.1760，樣品 3 為 0.1136，根據(jù) 揮發(fā)分測(cè)定的精密度規(guī)定，樣品 1、2、3、測(cè)得的揮發(fā)分差均沒(méi)有超出重復(fù)性 限。 總 結(jié) 影響揮發(fā)分準(zhǔn)確測(cè)定的因素有很多，有人為的因素 ，也有儀器的因素，排 除以上因素，在國(guó)標(biāo)規(guī)定范圍內(nèi)坩堝質(zhì)量對(duì)煤灰發(fā)分測(cè)定的影響因素也很重要， 根據(jù)上面的數(shù)據(jù)可以得出：揮發(fā)分隨坩堝質(zhì)量的增加而逐漸降低，呈線性變化； 坩堝質(zhì)量變化比坩堝蓋質(zhì)量對(duì)揮發(fā)分的影響大；測(cè)定揮發(fā)分用坩堝規(guī)格一定