OZNACZANIE CIEPŁA SPALANIA I OBLICZANIE WARTOŚCI OPAŁOWEJ
Spalanie odpadów jest jedną z podstawowych metod ich unieszkodliwiania. Odpady komunalne zawierają często ponad 50% substancji organicznych palnych, a ich wartość opałowa jest niekiedy bardzo wysoka osiągająca wartości zbliżone do typowych paliw konwencjonalnych..
Ciepło spalania - jest to ilość ciepła wyrażona w kilokaloriach na kilogram spalanych odpadów, wydzielona podczas całkowitego spalania w bombie kalorymetrycznej z wytworzeniem dwutlenku węgla, dwutlenku siarki, azotu i skroplonej pary wodnej, pomniejszona o ilości ciepła wydzielonego przy syntezie i rozpuszczaniu kwasu siarkowego i azotowego
Wartość opałowa - jest to ilość ciepła wyrażona w kilokaloriach na kilogram spalanych odpadów w palenisku technicznym. Produktami spalania są głównie dwutlenek węgla , dwutlenek siarki .tlenek azotu lub azot w postaci gazowej oraz chlorowodór, przy czym produkty spalania oziębiają się w stałej objętości do temperatury pokojowej. Wartość opałowa jest podstawową wielkością charakteryzującą odpady pod względem paliwowym w stanie roboczym w palenisku technicznym.
Wartość cieplna kalorymetru K (stała kalorymetru)- jest to ilość ciepła wyrażona w kaloriach potrzebna do ogrzania o 1 °C całego układu kalorymetrycznego obejmującego ściśle całą część pomiarową przyrządu a mianowicie: naczynie kalorymetryczne napełnione wodą, bombę kalorymetryczną zanurzoną w wodzie, mieszadło i termometr.
Zasada oznaczania ciepła spalania polega na całkowitym spaleniu próbki odpadów w atmosferze tlenu pod ciśnieniem w bombie kalorymetrycznej o znanej pojemności cieplnej, na pomiarze przyrostu temperatury wody znajdującej się w naczyniu kalorymetrycznym. Po wprowadzeniu poprawek na dodatkowe efekty cieplne i niedokładność odczytu temperatury (poprawka na promieniowanie),znajomości przyrostu temperatury wody, pojemności cieplej kalorymetru oraz ilości wydzielonych w czasie spalania próbki składników kwaśnych można obliczyć wartość ciepła spalania.
Wartość opałową oblicza się przez odjęcie od ciepła spalania ciepła parowania wody i ciepła spalania wodoru zawartych w badanej próbie.
Stosuje się następujące odczynniki i roztwory: wodorotlenek barowy, węglan sodowy, kwas azotowy, kwas chlorowodorowy, wodorotlenek sodowy, fenoloftaleina, oranż metylowy, substancja wzorcowa
Oznaczanie zawartości składników kwaśnych
W celu oznaczenia całkowitej zawartości powstałych w czasie spalania próbki kwasów siarkowego i azotowego wewnętrzne części bomby, pokrywy, elektrody i zewnętrzną część tygielka spłukać starannie wodą destylowaną w ilości 300 ml i roztwór umieścić w kolbie stożkowej. Następnie roztwór należy podgrzać i gotować przez 5 minut, aby wygotować rozpuszczony dwutlenek węgla. Po ostudzeniu roztwór należy miareczkować 0,1 n roztworem wodorotlenku barowego wobec fenoloftaleiny do uzyskania trwałego jasno różowego zabarwienia. W ten sposób kwas siarkowy i azotowy przechodzi w azotan i siarczan barowy. Następnie należy dodać 20 ml 0,1 n roztworu węglanu sodowego i podgrzać do wrzenia. Wytrącony osad składający się z azotanu siarczanu i węglanu barowego należy odsączyć, dokładnie przemyć wodą a przesącz miareczkować 0,1 n roztworem kwasu solnego wobec oranżu metylowego nie zwracając uwagi na zmianę barwy fenoloftaleiny. Roztwór po miareczkowaniu powinien mieć barwę żółto-czerwoną.
Oznaczanie wartości cieplnej kalorymetru.
Wartość cieplną kalorymetru oznacza się w identyczny sposób jak ciepło spalania próbki paliwa. W przypadku oznaczania wartości cieplnej kalorymetru zamiast próbki paliwa spala się specjalne substancje chemiczne /wzorce termochemiczne/ o znanym cieple spalania. Do najczęściej używanych substancji wzorcowych należą kwas benzoesowy i naftalen. Oznaczanie wartości cieplnej kalorymetru : z wysuszonego kwasu benzoesowego uformować pastylkę w ilości 0,5-1,0 g wprasowując w nią zważony drucik oporowy długości 10-12 cm. Wykonaną pastylkę należy zważyć a następnie umieścić w tygielku bomby w celu spalenia, postępując w identyczny sposób jak w przypadku oznaczania ciepła spalania próbki paliwa. Ilość wody w bombie i w naczyniu kalorymetrycznym powinna być dokładnie zmierzona. Podczas wszystkich oznaczeń należy dokładnie dodawać te same ilości wody. Roztwór otrzymany po spaleniu a następnie spłukaniu bomby należy miareczkować 0,1 n roztworem wodorotlenku sodowego wobec fenoloftaleiny do jasno-różowego trwałego zabarwienia.
Kwas benzoesowy nie zawiera siarki, poprawka dotyczy tylko kwasu azotowego utworzonego z powietrza znajdującego się w bombie.
Wartość cieplną kalorymetru liczymy z wzoru ( w J/°C)
K=(Q*G+Q1*G1+6,0*V)/∆t gdzie
Q - ciepło spalania kwasu benzoesowego, cal/g
G - ciężar kwasu benzoesowego, g
Qi - ciepło spalania drucika oporowego, cal/g
G1- ciężar drucika, g
6,0 - ciepło syntezy 0,0001 gramorównoważnika kwasu azotowego, J,
V - ilość 0,I n roztworu wodorotlenku sodowego zużytego na miareczkowanie roztworu zawierającego kwas azotowy, ml
∆t- przyrost temperatury przy spalaniu w bombie pastylki wykonanej z substancji wzorcowej, °C
OBLICZANIE WARTOŚCI OPAŁOWEJ ODPADÓW W celu obliczenia wartości opałowej odpadów należy uprzednio oznaczyć: ciepło spalania, Qc , zawartość wilgoci w próbce odpadów, %, zawartość wodoru w analizowanej próbie odpadów, %. Mając te wielkości wartość opałową odpadów uprzednio wysuszonych w temp 105 °C liczymy z wzoru:
W = Qc - 24,42 (Wc + 8,99H) gdzie W - wartość opałowa, J/g
Qc - ciepło spalania odpadów, J/g,
Wc - wilgotność całkowita odpadów, %
24,42 - ciepło parowania wody w temperaturze 25° C, odpowiadające 1% wody zawartej w odpadach, J/g,
8,99 - ciepło spalania wodoru zawartego w odpadach, J/g
Wartość opałową roboczą dla odpadów surowych /o wilgotności w stanie surowym/, należy obliczyć ze wzoru: Wr=[((100-Wc)/100)Qc ] - 24,42 (Wc +8,99) gdzie Wr -wartość opałowa robocza, J/g. Pozostałe symbole oznaczają to samo jak we wzorze powyżej.