微量量热法测定生物柴油和菜籽油的比热容

第 2 8 卷第 5 期 2 0 0 7 年 9 月 工 热 物 理 学 报 V 6 1. 2 8 JO U R N AL E N G IN E E R IN G T H E R M O PH Y S IC S Se P , N o . 5 2 00 7 程 0 F 微量量热法测定生物柴油和 菜籽油的比热容 武向红 郑丹星 何信菊 荆树宏 (北京化工大学化学工程学院 , 北京 1 00 0 29 摘 要 本文利用 C a lv et 微量量热量热仪测定了丙三醇的比热容 , 其结果与文献值良好吻合 。 在此基础上 , 分别在温度 为 2 5o c 、 3 5o c 、 4 5o c 和 5 5o c 的条件下 , 测定了菜籽油和以菜籽油为原料通过化学合成的生物柴油的比热容, 并建 立了比热容与温度的关系。 本文拟合的比热容模型的相关系数分别为 。. 9 9 9 76 和 0 . 9 9 95 。 关键词 微量量热法 ; 生物柴油 ; 菜籽油; 比热容 中图分类号 : 0 6 4 5 . 1 6 + 4 文献标识码 : A 文章编号 : 0 2 5 3 一 2 3 lX (2 0 0 7 )0 5 一0 7 3 7一0 4 T H E S P E C IF IC H E A T C A PA C IT Y M E A SU R E 入IE N T O F C O L Z A O IL A N D B IO D IE S E L B Y MIC R O C A L O R IME T E R W U X i a n g 一 H o n g Z H E N G D a n 一 X in g H E X in 一 Ju JIN G Shu 一 H o n g (B e行in g Un lve rs j妙 o f C五二fe a I Te 曲 n o l。邵、 B e行in g 1 0 0 0 2 9 , Ch jn a ) A b st r a e t T he s p e e ifi e he a t e即 a e ity d a t a o f gly e e r o l w e r e m e a s u r e d by a C a lv e t m ie r o e a lo r im e t e r . T h e re s u lt 15 in a e e o r d w ith th e lite r a tu-r e d a ta . In this b a s e , th e s p e e ifi e h e a t e a p a e ity d a t a o f e o lz a 0 11 a n d b io d ie s el a t 2 5 O C , 3 5 O C , 4 5 O C a n d 5 5 o C w e r e m e a s u re d by a C a lve t m ie r o e a lo r im e te r . A n d the r e la tio n ship s o f th e s p e e ifi e h e a t e a p a e ity a n d te m Pe r a tu re hav e b e e n b u ilt . T h e r ela tio n ship e o e ffi e ie nt s o f th e m o d e l o f the s p e e ifi e he a t e a p a e ity in th is p a p e r a r e 0 . 9 9 9 7 6 a n d 0 . 9 9 9 5 r e s p e e tiv e ly . K e y w o r d s m ie r o e a lo r im e te r : bio d ie s e l; e o lz a 0 11; sP e e ifi e he a t e aP a e ity 1 引 言 近年来能源短缺加剧 , 矿源 日益短缺 。 此外 , 大量矿物质能源的使用对环境带来诸多危害 , 如酸 雨 、 温室效应等。 对环境友好的清洁可再生的绿色 能源 一 生物柴油逐渐成为人们研究的热点 。 生物柴 油的制备可采用物理法和化学法 , 其中化学法有高 温热裂解法和醋交换法 。 醋交换法是最常用 的一种 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。 本研究所用的生物柴油是由未提纯的粗菜籽 油和工业甲醇进行醋交换得到的 [l] 。 文献中有关生物柴油 的热数据非常少 。 由于比 热容不仅是科学研究和工程设计的基础数据 , 也是 热物性研究中检验状态方程等关系式的重要参数 , 而实验是获得精确的比热容数据唯一 的方式 [z] 。 常 用的测定比热容的方法有差示热分析法 (D A」, )差示 扫描热量法 (D S C )和微量量热法 【”一司 。 其中微量量 热法所测的样品量比差示扫描热量法大 , 测得的数 据更准确 。 本文利用法国 Set ar a m 公司制造的 C al v et 微量 量热量热仪测定了菜籽油和合成的生物柴油在不同 温度下的比热容。 2 实验部分 2. 1 试剂 丙三醇 (分析纯 , 北京益利精细化学品有限公 司) ; 生物柴油 (自制 甲醇与菜籽油醋交换反应的产 物 ) ; 菜籽油 (河南驻马店) ; 无离子水 。 本研究所用的生物柴油 由未提纯 的粗菜籽油和 工业 甲醇进行醋交换获得。 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1 为菜籽油中脂肪酸 组成和生物柴油中脂肪酸甲醋组成。 图 1 和图 2 为 菜籽油和生物柴油组成的气相色谱分析结果 。 可见 由于菜籽油中芥酸含量达到 48 . 8 97 % , 生物柴油中 芥酸甲酷的含量达到 45 8 68 % 。 2. 2 实验仪器 本研究采用 了法国 Set ar am 公司制造的 C al v et 收稿日期 : 2 0 0 7 一0 1 一2 6 ; 修订日期 : 2 0 0 7 一0 8一 0 2 基金项 目: 国家自然科学基金资助项 目 (N o · 9 0 2 10 0 3 2 ; N o . so 5 7 6 0 0 i ) 作者简介 : 武向红 (1 9 6 5 一 ), 女 , 北京人 , 讲师 , 主要从事节能、 化工热力学方面的研究 。 工 程 热 物 理 学 报 28 卷 型微热量热计 。 其测量灵敏度可达 1 拼W , 样品池 有效容积为 1 0、 1 5 m L , 升温速率 2 ~ 5 0 o C / h , 可测 试温度范围为 一19 6 、ZO0o C 。 图 3 为该量热计及数 据 自动采集系统示意图。 图 3 中序号分别为量热计 主体、 控制面板和数据采集系统。 表 1 菜籽油和生物柴油的脂肪酸组成及相对含t 色谱 峰号 脂肪酸 菜籽油 组成 / % C 1 6 : 0 棕桐酸 C 1 8 :O 硬脂酸 C 1 8 : 1 油酸 C 1 8 : 2 亚油酸 C 1 8 : 3 亚麻酸 C 2 0 : 1 花生一烯酸 C 2 2 : 1 芥酸 2 0 5 4 5 7 脂肪酸甲酉旨 C 1 6 : 0 棕搁酸甲酉旨 生物柴油 组成 / % 2 . 3 0 0 1 . 4 6 7 1 7习 0 2 1 8 . 5 6 8 图 3 c a lve 七型微热量热实验系统示意图 1 2 . 5 4 1 1 3 . 1 7 2 7 . 4 8 0 C 1 8 : 0 硬脂酸甲醋 C 1 8 : 1 油酸甲醋 C 1 8 : 2 亚油酸甲醋 C 1 8 : 3 亚麻酸甲醋 C 2 0 : 1 花生一烯酸甲醋 C 2 2 : 1 芥酸甲醋 8 . 1 7 7 9 . 5 1 8 1 0 . 4 4 8 4 8 . 8 9 7 4 5 8 6 8 2. 3 实验原理 物质的比热容可依据图 4 所示的原理测定 。 图 4 中, A E 为基线 , 于 B 点处 , 通 Pel tier 电流加热 , 至 CD 达新的动态平衡 (Q : 为稳态下的热流量) ,在 D 点切断电流 , 至 E 点体系回到初始平衡状态 , 图中阴影部分积分代表总不平衡热。 5 9 1 . 09 4 4 2 . 9 4 14 6 石5 CCC DDD 、、 。厂瓜 、、EEEEE洛日\扣 r / s 一 1 . 50 0 . 0 0 1 8 . 0 0 3 6 乃0 5 4 .0 0 时间 / m ln 图 4 测定比热容的示意热流图 图 1 菜籽油色谱分析图 19 6刀3 14 6 . 6 5 4 理 > l {日 1 ! 二、、 ‘ 9 7 . 2 7 」 n三出 { l{下哥 1 1}八 4 7 8 8 弓 轰 一 1 5 O t二二 0 . 0 0 18刀0 3 6刃0 5 4力0 时间 / m ln 图 2 生物柴油色谱分析图 在 C al ve t 型微热量热计的 Jo ul 实验样品池放 入待测样品 。 由加热电阻向样品池提供一定量的热 功率 , 无论样品池里装有何物 , 样品池内部的平衡温 度是相同的 , 只是达到平衡所需的时间有长有短 。 所以, 当样品池被加热继而切断电流时 , 随着样品 池的冷却所释放出的热量通过热电堆被传到了量热 单元 。 这个热量与加热程度成正比 , 这种加热可以 一次又一次地重复进行 。 传递的热量还正 比于样品 池及其所装物料的总热容量 。 因此 , 要测定物体的比热容必须对三条恢复平 衡的曲线进行比较 , 这三条曲线分别为空池、 池中 充满 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 样品以及池中充满被测样品三种情况下所 记录的恢复平衡曲线 。 5 期 武向红等 : 微量量热法测定生物柴油和菜籽油的比热容 叨3020 汁三\闰 第一次测量 : 空置样品池。 给样品池加热 , 加热 电流的准确数据不做规定, 但是三次测量中 , 这个 电流值必须是相同的。 当达平衡时 , 切断电源 , 并记 录恢复温度曲线 , 直至点正好回到起始点为止 。 积 分出从切断电源起点 (如图 4 中 D 点)至终点 (如图 4 中 E 点)止的曲线下的面积 s0 。 第二次测量 : 在样品池中装入 已知比热容 C l 的 标准物 。 将已知质量 Ml 的标准物装入样品池 ; 盖好 塞子 ; 放入池体 , 重复第一次测量的操作 : 积分求出 曲线下的面积 5 1 。 第三次测量 : 在样品池中装入未知比热容 仇 的 样品 。 将已知质量场 的标准物装入样品池 ; 重复第 二次测量 的操作; 积分求出曲线下的面积 S : 。 可得 样品的比热容 姚 0 1(X) 0 2(X) 0 3(X) 0 中洲〕0 5的0 r / s 图 6 水的热流曲线图 几 一《爱瓷)(刹 (l) 。 40302010 >tu\叫 3 实验结果 3 . 1 丙三醇的比热容 取水作标准物 , 以上述方法测量了 45 O C 的丙三 醇的比热容。 图 5 、 图 6 和图 7 分别为空置样品池、 样品池中加入水和样品池中加入丙三醇的热流曲线 图 。 每次实验均重复三次以上 , 取较好的三次取平均 值 , 热容的计算结果列于表 2 。 丙三醇在 4 5o C 时的 比热容为 2 . 54 2 ) / (g K ) 。 从文献 【6」中可查出 4 5 O C 时丙三醇的比热容文献值为 2 . 4 7 7 ) / (g K ) 。 相对偏 差为 2. 6% 。 0 1(X) 0 2(X) 0 3(X) 0 4( 刃0 5 (叉X) r / s 图 7 丙三醇的热流曲线图 3 . 2 菜籽油和生物柴油的比热容 用上述方法测量了菜籽油和生物柴油在 2 5o C 、 3 5 o C 、 4 5 O C 和 5 5 o C 时的比热容 , 结果分别列于表 3 、 表 4 、 表 5 和表 6 中。 表 2 丙三醇 4 5 o C 时的比热容数据 J / (g K ) 表 3 菜籽油与生物柴油 2 5o c 时的 比热容数据 J / (g K ) 测定次数 1 2 3 平均值 S , 比热容 空池 , 5 0 1 0 8 6 2 7 1一3 1 6 1 15 0 2 名 1 1 3 2 7 几7 水, 5 1 1 2 4 8 4 .5 1 2 4 2 2 . 9 1 2 2 5 0 3 1 2 3 9 5 石7 4 . 1 7 6 菜籽油 , 5 2 1 2 0 0 0 名 1一9 4 5 忍 1 17 7 5 卜 5 1 1 9 0 5 2 7 2 4 1 1 生物柴油 , 5 2 1 1 9 9 8 刀 1 1 5 7 9 . 5 1 19 5 9 . 7 1 1 9 4 5 7 3 2 . 7 6 2 测定次数 2 3 空池 , S 。 1 2 3 5 3 . 1 12 3 2 8 习 1 2 2 7 6 , 水 , 5 1 1 2 9 3 7 5 12 9 6 1石 1 2 9 1 4 4 丙三醇 , 5 2 1 2 5 0 6 . 2 12 7 8 5 , 6 1 2 7 4 6 9 平均值 从 1 2 3 1 9 . 6 3 1 2 9 3 7 . 8 3 1 2 7 7 9 . 5 7 比热容 4 . 1 7 7 2 . 5 4 2 表 4 菜籽油与生物柴油 3 5o c 时的 比热容数据 J / (g K ) 测定次数 空池 , 水 , S o S i 菜籽油 , 生物柴油 S 2 S 2 1 2 3 平均值 S 、 比热容 1 2 1 9 5 . 9 1 2 10 9 . 1 12 0 2 3 . 7 1 2 1 0 9 . 5 7 1 2 8 3 4 一 4 1 2 7 3 5 . 1 12 7 3 8 . 2 1 2 7 6 9 . 2 3 4 . 1 7 5 1 2 4 4 0 一 9 1 2 5 5 8 . 5 12 5 3 9 一 0 1 2 5 1 2 8 0 2 4 7 4 1 2 6 0 3 . 8 12 4 9 6 . 7 1 2 5 5 0 . 8 12 5 5 0 . 4 3 2 8 6 7 表 5 菜籽油与生物柴油 4 5o c 时的 比热容数据 J / (g K ) 乏已\叫 图 5 l印0 2(X) 0 3印0 中以)0 5 0() 0 z / s 空置样品池池的热流曲线图 测定次数 空池 , 5 0 水 , 5 1 菜籽油 , 5 2 生物柴油 , 5 2 1 1 2 3 5 3 . 1 1 2 9 3 7 . 5 1 2 6 8 4 . 3 1 2 6 8 7 . 9 2 1 2 3 2 8 . 9 1 2 9 6 1 . 6 1 2 5 9 2 1 2 6 8 2 . 5 3 1 2 2 7 6 . 9 1 2 9 14 一 4 1 2 6 3 7 . 9 1 2 6 4 9 . 5 平均值 S 、 比热容 1 2 3 19 . 6 3 1 2 9 3 7 一 8 3 4 , 1 7 7 1 2 6 3 8 . 0 7 2 . 5 3 9 1 2 6 7 3 . 3 0 2 . 9 9 2 403020100 工 程 热 物 理 学 报 28 卷 表 6 菜籽油与生物柴油 5 5o C 时的 比热容数据 J / (g K ) 实验数据 ƒ尸国„\之d勺测定次数 1 2 3 平均值 凡 比热容 空池 , 5 0 1 2 2 9 5 龙 1 2 2 6 3刀 1 2 5 1 7 5 1 2 3 5 5乃 7 水, S : 1 2 9 7 4 月 1 3 0 5 5 名 一2 9 9 0 4 1 3 0 一7 0 3 4 . 1 5 0 菜籽油 , 5 2 1 2 6 7 7 名 1 2 7 3 4石 1 2 7 8 9 . 8 1 2 7 3 4 . 0 3 2 , 5 9 7 生物柴油 , 5 2 1 2 8 2 5 石 1 2 7 0 2洛 1 2 8 1 6 7 1 2 7 8 1石 0 3 . 1 0 1 2 5 30 3 5 4 模型的建立 4 . 1 菜籽油的比热容与温度的关系 由表 3 至表 6 菜籽油的比热容数据得菜籽油 比 热容与温度的关系如图 8 。 进而 , 由菜籽油的比热 容与温度的关系可拟合得 伟 = 2 . 23 79 + o . 0 0 7 2 3T 一 1 . 2 6 1 9 x 一。一5 T 2 (2 ) 上式中 伟 的单位为 J/ (g K ) , 拟合相关系数为 0 . 9 9 9 8 4 图 9 生物柴油 论 40 45 T / O C 马 与 T 50 55 印 汗斗片汁叶汁甘J丫让几休牛坪才生20”、一八曰”、一八曰”、”n†尸Jn”、J尸」110八U990八007,、,J,、,j,乙,乙2勺‘2 的关系 5 结 本文利用 C al ve t 微量量热仪测定了丙三醇的比 热容 , 其结果与文献值良好吻合。 测定对象之一的菜 籽油中芥酸含量达到 48 . 8 97 % , 而以其原料通过化学 合成的生物柴油中芥酸甲醋的含量达到 45 . 868 % 。 在此基础上 , 分别在温度为 2 5o C 、 3 5o C 、 4 5o C 和 55 “ C 的条件下 , 测定了菜籽油和生物柴油的比热 容 , 并建立 了比热容与温度的关系。 本文拟合的比 热容模型的相关系数分别为 0 . 9 9 9 76 和 0. 9 9 9 5 。 参 考 文 献 2 5 3 0 3 5 4() 45 50 55 印 {l] 王一平 , 张金利 , 等. 生物柴油制备方法研究进展 . 化工 进展 , 2 0 0 3 , 2 2 ( l ): 8一1 2 冈 赵小明, 赵冠春, 刘志刚, 等. 绝热量热法测量比热容的 实验研究. 西安交通大学学报 , 1 9 9 5 , 2鱿5 ) : 1 2 一17 [sJ 帅琪 , 高胜利, 陈三平 . 用微量量热法测定稀土含硫有机 配合物的比热容. 化学学报 . 2 0 0 5 , 2 1 (6 3 ): 1 9 6 2一1 9 6 6 [4 } S e h u b n e ll M , S e haw e J E K . Q u a n t i t a t ive D e t e r m in a t i o n o f th e S p e e ifi e H e a t a n d th e G las s 肠 a n s it io n o f M o is t Sa m p le s b y Te m P e r a t u r e M o d u la t e d D i跳r e n t ia l S e a n - n in g C a lo r im e t r犷 I n t e r n a t i o n a l Jo u r n a l o f P ha r m a e e u - t ie s , 2 0 0 1 , 2 1 7 : 1 7 3 一 1 8 1 [5 } Tr a ia n Z a h a r e s e n , V io r i e a M e lt z e r , R o d i e a V Ile u . D S C S t u d ie s o n S p e e ifi e H e a t C a p a e ity o f I r r a d i a t e d E thy l e n e - P r o p yle n e E las t o m e r s一1 1 . E P D M . Po ly m e r D e g r a d at i o n a n d S t a b i lity , 1 9 9 5 , 6 1 : 3 8 3一3 8 7 [s] 卢焕章, 等 . 石油化工基础数据 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 . 北京 : 化学工业出 版社, 1 9 8 4 . 5 4 0一5 4 1 科|科|料|料|外Œ加 ƒ尸切)/f\亡 T / ℃ 图 8 菜籽油 几 与 T 的关系 4 . 2 生物柴油的比热容与温度的关系 由表 3 至表 6 的菜籽油的比热容数据得生物柴 油比热容与温度的关系如图 9 。 进而由生物柴油的 比热容与温度的关系可拟合得 : 吼 = 2 . 4 8 8 0 + O . 0 10 6 2 T + 1 . 0 3 0 5 只 10 一5 T 2 (3 ) 上式中 马 的单位为 J/ (g K ) , 拟合相关系数为 0 . 9 9 9 1 。