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原文传递一种炭加热卷烟供热体材料逐口燃烧放热量的测量方法

专利名称：	一种炭加热卷烟供热体材料逐口燃烧放热量的测量方法
摘要：	一种炭加热卷烟供热体材料逐口燃烧放热量的测量方法，其特征在于：利用可调谐二极管激光吸收光谱技术检测炭供热体在逐口抽吸过程中烟气中的一氧化碳、二氧化碳、氧气含量，进而获得供热体材料在该口抽吸中生成的一氧化碳、二氧化碳量和消耗的氧气量，结合炭供热体的低位热值和元素分析数据，经过化学计量学推导和数学运算过程，即可得到该抽吸过程中供热体材料的燃烧放热量。本发明为有效测定供热体材料在不完全燃烧时的放热量提供了一种较为完整、可行的方案，同时可实现检测炭供热体逐口消耗量，为调整炭供热体配方提供了一种技术手段。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河南;41
申请人：	中国烟草总公司郑州烟草研究院;云南中烟工业有限责任公司;上海新型烟草制品研究院
发明人：	张柯;王菁;雷萍;杨菁;邓楠;张明建;汤建国;艾明欢;王乐;鲁端峰;李斌
专利状态：	有效
发布日期：	2019-01-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201810387266.4
公开号：	CN108872145A
代理机构：	郑州中民专利代理有限公司 41110
代理人：	姜振东
分类号：	G01N21/39(2006.01)I;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/39
申请人地址：	450001 河南省郑州市高新区枫杨街2号
主权项：	1.一种炭加热卷烟供热体材料逐口燃烧放热量的测量方法，其特征在于：利用可调谐二极管激光吸收光谱技术检测炭供热体在逐口抽吸过程中烟气中的一氧化碳、二氧化碳、氧气含量，进而获得供热体材料在该口抽吸中生成的一氧化碳、二氧化碳量和消耗的氧气量，结合炭供热体的低位热值和元素分析数据，经过化学计量学推导和数学运算过程，即可得到该抽吸过程中供热体材料的燃烧放热量；该方案具体步骤包括：1).使用元素分析仪测定供热体材料的碳(ωC)、氢(ωH)、氧(ωO)元素含量，根据元素分析结果，将炭供热体的化学组成表达为CH2mOn，其中使用氧弹量热仪测定炭供热体材料在完全燃烧时的燃烧热值△H1，单位kJ/g，该过程化学反应式为：对于单位质量的炭供热体，2).假设入口气体和出口气体的温度、压力相等，体积分别为V1和V2，燃烧过程中氮气不发生反应，且计算时忽略惰性气体的影响。将大气中一氧化碳、二氧化碳、氧气和水分的体积浓度表示为[CO]1、[CO2]1、[O2]1、[H2O]1，通过滤嘴端烟气中的一氧化碳、二氧化碳和氧气的体积浓度表示为[CO]2、[CO2]2、[O2]2；根据质量守恒原理，炭供热体燃烧过程可用下式表示：y(CH2mOn)+(fO2+gN2+hCO2+kH2O)→pCO2+rCO+sH2O+tO2+uN2 (5)其中，y,f,g,h,k,p,r,s,t,u均为物质的量，则：f＝[O2]1·V1 (6)h＝[CO2]1·V1 (7)p＝[CO2]2·V2 (8)r＝[CO]2·V2 (9)t＝[O2]2·V2 (10)根据反应前后化学元素守恒，可知：碳：y+h＝p+r (11)氢：2my+2k＝2s (12)氧：ny+2f+2h+k＝2p+r+s+2t (13)氮：2g＝2u (14)由(6)～(14)联立可解得：y＝p+r‑h＝[CO2]2·V2+[CO]2·V2‑[CO2]1·V1 (15)s＝my+k (16)u＝g (17)即：合并同类项后得：将式(20)带入到式(15)便可求解出逐口抽吸过程中消耗的炭供热体材料的量y：若只计逐口抽吸过程中实际发生反应的物质，其反应方程式为：(CH2mOn)y(s)+(f‑t)O2(g)→(p‑h)CO2(g)+rCO(g)+(s‑k)H2O(g)ΔH2 (22)引入标准质量生成焓的概念：规定在标准压力和298K条件下，由最稳定的单质合成标准压力下单位质量物质A的反应焓变，叫做物质A的标准质量生成焓，为了与标准摩尔生成焓区分，用符号ΔfHw(A，相态,298K)表示，单位为kJ/g，由此可知标准质量生成焓和标准摩尔生成焓存在如下关系：则反应热、标准摩尔生成焓与标准质量生成焓之间的关系为：那么，对于式(3)，有：ΔfHw(CH2mOn,s,298K)＝z[44.009×ΔfHw(CO2,g,298K)+18.015m×ΔfHw(H2O,l,298K)]‑ΔH1 (25)代入到式(22)可求△H2，同理可求燃烧完全生成CO时的反应热ΔH3。进而可知每消耗1g氧气，完全燃烧时对应的放热量不完全燃烧时放热量燃烧生成1g CO₂放热量生成1g CO放热量用多种不同元素含量的供热体材料进行实验后，通过拟合可以得到△H2和q1、q2、q3之间的数学关系；3).假设大气的湿度为H，氧气的体积分数为21％，Vm为标准摩尔体积，那么入口气体各组分的浓度可表示为：[CO]1＝0 (36)此外，用一系列已知浓度的氧气、二氧化碳和一氧化碳的标准气体对卷烟烟气气相物监测装置进行标定，获得氧气、二氧化碳和一氧化碳的工作曲线；进而，在设定的抽吸模式下，获得供热体逐口燃烧烟气中一氧化碳、二氧化碳和氧气的浓度，即[O2]2、[CO2]2和[CO]2。4).根据逐口抽吸过程前后氧气、二氧化碳和一氧化碳浓度变化情况，利用式(21)和式(28‑30)即可计算出在该抽吸模式下的炭供热体逐口的释热量。
所属类别：	发明专利