CN1944603A - 一种固体醇燃料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体醇燃料，其由工业酒精90.73％，硬脂酸4.76％，NaOH 0.62％，石蜡1.30％，蒸馏水2.59％按重量百分数，在70℃的恒温条件下分两步制备而成。本发明的固体醇燃料，具有易点燃、燃烧热值高、无黑烟、无异味，燃烧后残渣少，储存期长，不软化分离等特点，尤其在真空缺氧的条件下，依然能够保持燃烧稳定，火焰旺盛，具有良好的燃烧性能，在海拔6300多米的高原或山地环境中仍然可以燃烧。本发明固体醇燃料较普通固体燃料有更广的适用范围，在高原缺氧地区使用具有明显优势，是高原地区家居、旅行、运动、或士兵野外训练以及高原山地作战的首选热源。

Description

一种固体醇燃料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种固体燃料，具体涉及一种便携、安全、易于储存和运输的高热值固体醇燃料及其制备方法。

背景技术

固体燃料作为一种可随身携带、安全方便、经济实惠的餐饮热源已经广泛应用于军用和民用。在军用热源上，乌洛托品固体燃料由于在常温下有较大的强度，便于贮藏，而且热值很高，因而至今仍然作为单兵作战所需燃料，在国外或国内部队中被广泛使用。该产品为白色固体状，可户外使用，携带方便、不易挥发。但是，由于其化学性质的特点(分子式为(CH₂)₆N₄)，燃烧时易产生对人体及环境有害的氮氧化合物，且不易充分燃烧，会产生大量黑烟，污染加热用具，给重复使用带来不便，特别是在高原缺氧情况下，燃烧质量低，很难发挥固体燃料的优点，并且原料乌洛托品的价格较高，市场竞争力差。

另一方面，在民用热源上，现已出现了很多种新型燃料固体酒精，较传统的木炭，其具有一点即燃、火焰大小均匀、火焰温度均匀、火焰偏差小，没有粉尘和炭灰飘落，安全清洁，使用方便高雅，携带方便等优点，广泛应用于火锅燃料及野外热源。目前文献介绍最新的固体酒精燃料(固体酒精燃料生产工艺的改进，王茂元等，应用科技，2002年4月，Vol.29，No.4，P52-53)，利用工业酒精、氢氧化钠、硬脂酸、石蜡、硝酸铜为主要原料加工而成。这样制备得到的固体燃料产品，仍然存在很多不足：其一，熔点相对低不能在较高温度下保存很长时间；其二，在制备过程中，容易就发生了局部凝胶现象，很难实现工业化的连续生产；其三，在气压低，氧气不足的条件下，燃烧真空度不够，持续时间较短，不能在高海拔环境中使用。因此，不能满足军用固体醇燃料的装备要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有易点燃、燃烧热值高、无黑烟、无异味，燃烧后残渣少，高温条件下储存期长，不软化分离等特点并适于高原缺氧环境中使用的固体醇燃料。

本发明的另一目的是提供这种固体醇燃料的制备方法。

本发明的固体醇燃料，其由以下组分按重量百分数组成：

工业酒精              90.73％，

硬脂酸                4.76％，

NaOH               0.62％，

石蜡                1.30％，

蒸馏水              2.59％。

其中，所述工业酒精的质量浓度为95％。

本发明提供一种固体醇燃料的制备方法，按照上述组配，全部操作在70℃下进行，将硬脂酸、石蜡和工业酒精的55.7％在三口烧瓶中加热并搅拌回流，将氢氧化钠、蒸馏水和44.3％工业酒精在锥形瓶中加热，然后将锥形瓶中的溶液缓慢注入三口烧瓶中，混合后的溶液继续在70℃加热搅拌，趁热将其倒入容器中，自然冷却，凝固成型得到的均匀、半透明的凝胶状固体即为固体醇燃料。

上述制备方法中，全部操作在水浴温度为70℃的恒温水槽中进行。

所述制备方法具体操作为：

第一步，将硬脂酸在酒精中溶解：

①固定恒温水槽的水浴温度为70℃，电动搅拌器的搅拌转速为250r/min。

②分别称取硬脂酸、石蜡和工业酒精中的55.7％，依次加入三口烧瓶中。然后在三口瓶上安装电动搅拌器、温度计和回流冷凝管；

③将三口瓶在水浴中加热并搅拌，蒸发的少量酒精经回流冷凝管冷凝后回到三口烧瓶中，直至溶解成均匀透明的无色溶液为止。

第二步，将氢氧化钠在酒精中溶解：

①分别称取氢氧化钠、蒸馏水和工业酒精的44.3％，依次加入到锥形瓶中；

②同时间也将锥形瓶在与上述相同条件下加热相同时间，直至使其成为均匀透明的溶液；

第三步，将锥形瓶中的溶液缓慢注入三口烧瓶中，混合后的溶液继续在70℃加热搅拌，反应时间2分钟，然后趁热将其倒入容器中，让其自然冷却，凝固成型，密封包装，便可得到均匀、半透明的强度很高的凝胶状固体醇燃料。

采用本发明方法制备的固体醇燃料，具有易点燃、燃烧热值高、无黑烟、无异味，燃烧后残渣少，在高温下(如50℃以上)储存期长，不软化分离等特点，尤其在真空缺氧的条件下，依然能够保持燃烧稳定，火焰旺盛，具有良好的燃烧性能，在海拔6300多米的高原或山地环境中仍然可以燃烧，是其他同类产品无法实现的。本发明固体醇燃料较普通固体燃料有更广的适用范围，在炎热环境以及高原缺氧地区使用具有明显优势，是沙漠地区以及高原地区家居、旅行、运动、或士兵野外训练以及高原山地作战的首选热源。

附图说明

图1为固体醇燃烧实验中平均燃烧速度与燃烧罐直径之间的定量关系曲线。

具体实施方式

一种好的固体醇燃料应该具有易点燃、燃烧热值高、无黑烟、无异味，燃烧后残渣少，便于储存，不软化分离等特点。另外还应该具有较好的经济性，原料易得，工艺简单，成本低，适合于工业化生产。

本发明的固体醇燃料由脂肪醇、硬脂酸钠、分散剂为主要原料，是使脂肪醇在凝胶剂硬脂酸钠的作用下凝固成所需要的燃烧块(又称为方便燃料块)。利用硬脂酸受热时软化，冷却后又重新凝固的性质，将脂肪醇牢牢地包裹在硬脂酸钠盐的网状骨架中。由于硬脂酸钠盐的价格昂贵且市场上不易买到。为此本发明采用在一定温度下，将硬脂酸和氢氧化钠混合反应制得硬脂酸钠，从而大大降低了固体醇燃料的成本。在固体燃料中加入一定量的分散剂，可以改变凝胶的微观结构，增加固体燃料的物理强度，提高固体燃料的稳定性，由于所用的分散剂也是一种碳氢化合物，不影响固体燃料的燃烧特性，而且能使燃烧得更为持久并能够释放出很高的热能，在实际应用中更加安全方便。

本发明所用主要原料有：

工业乙醇(含乙醇95％)：分子式CH₃CH₂OH，学名乙醇，俗称酒精，无色透明液体有酒香气味、易挥发，易燃，燃烧热值为29.67kJ/g。折射率1.3651，表面张力(20℃)22.8mN/m，粘度(20℃)1.41mPa·s，蒸气压(20℃)5.732kPa，比热容(23℃)2.58J/(g·℃)，闪点12.8℃，相对密度0.816，沸点78.15℃，凝固点-114℃，自燃点793℃。在本发明中乙醇为燃料的主要成分，易得价格便宜。

硬脂酸：分子式CH₃(CH₂)₁₆COOH，学名十八烷酸。白色带有光泽的叶片状固体。分子量284.48，熔点67～70℃，沸点376.1℃(分解)，232℃(2.0kPa)，相对密度(20/4℃)0.9408，折射率1.4299(80℃)，燃烧热值为42.98kJ/g。在90-100℃下慢慢挥发。几乎不溶于水(20℃时，100毫升水中只溶解0.00029g)，溶于酒精，丙酮，易溶于乙醚、氯仿、苯、四氯化碳、二硫化碳、醋酸戊酯和甲苯等。商品硬脂酸实际上是45％硬脂酸和55％软脂酸的混合物，并含有少量油酸，略带脂肪气味。该品具有刺激性，无毒。在本发明中作为凝胶的主要成分，是包藏燃料酒精的重要载体。

氢氧化钠：分子式NaOH，俗名烧碱、火碱、苛性钠等，分子量40.00，密度：2.130g/cm³，熔点：318℃，沸点：1390℃。相对密度为2.130。纯品的氢氧化钠是无色透明的晶体。不燃烧，但固体易与水或水分接触可能发生足够的热引燃可燃材料。工业品氢氧化钠含有少量氯化钠和碳酸钠，是白色不透明固体。市售产品有块状、片状、粒状和棒状等，统称固碱。溶液状态的产品俗名液碱。液碱中所含氯化钠一类的杂质，要比固碱多。氢氧化钠溶液具有强碱性，对皮肤、织物、纸张等有强烈的腐蚀作用，所以在使用时要特别注意安全。在本发明中作为硬脂酸皂化反应、形成凝胶十分有效的固化剂。

石蜡：高分子烃类混合物，为无臭、无味的白色固体(含杂质时则为黄色)。密度随熔点上升而增加，通常为0.88～0.915g/cm3，熔点50～70℃，沸点300～550℃，燃烧热值为47.55kJ/g。不溶于水，在醇及酮中溶解度很低，易溶于四氯化碳、三氯甲烷、乙醚、苯、石蜡醚、二硫化碳各种矿物油及大多数植物油中，通常随着熔点升高，溶解度降低。属饱和烃类，化学性质稳定，不易与碱类、无机酸及卤素起反应。遇热熔化，遇高热则燃烧分解。在本发明中用作皂化反应过程的分散剂，可以抑制局部皂化反应形成的结块，提高凝胶的均一分布的特性。

实验原理：

硬脂酸与氢氧化钠混合后将发生下列反应：

               

反应生成的硬脂酸钠是一个长碳链的极性分子，室温下在酒精中不易溶。在一定的温度下，硬脂酸钠可以均匀地分散在液体酒精中，而冷却后则形成凝胶体系，能够把酒精分子束缚在相互连接的大分子之间，使酒精呈不流动状态，从而得到了固体状态的酒精。凝胶过程是一个非结晶过程，所以，为了降低凝胶过程的不均匀性，尽可能促进凝胶过程的稳定进行，保证醇类分子稳定地被束缚在凝胶体中，所以在凝胶剂和醇类的混合物中加入适量的分散剂极为重要。分散剂的作用主要是使硬脂酸的亲油基团在分散剂烃类碳氢化合物的亲和力下，使得分散均匀，避免钠盐的局部过量、凝固结块，形成均匀的硬脂酸钠盐和脂肪醇的溶液，然后通过降低温度，使溶液缓慢形成硬脂酸钠盐的凝胶状态，使液态的脂肪醇均一分散在凝胶的网状结构之中，形成具有较高硬度和稳定性好的固体醇类燃料。

制备本发明固体醇燃料的工艺条件是：设定好电动搅拌器的搅拌转速，将恒温水槽的水浴升到70℃；再将装有一定量原料的反应釜三口烧瓶置于水浴中加热一定时间；同时，在相同水浴温度下，将装有一定量原料的锥形瓶加热相同时间；然后将锥形瓶中的溶液注入三口烧瓶中，混合反应一定时间；最后将产品趁热倒入容器内，自然冷却后即可得到洁白如玉、硬度很好的固体酒精。

实施例1、固体醇燃料的制备

原料：石蜡1.3克，硬脂酸4.76克，NaOH的用量0.62克，工业酒精90.73克，蒸馏水2.59克。

采用两步法制备固体醇燃料，实验步骤为：

第一步，将硬脂酸在酒精中溶解。具体操作如下：

①固定恒温水槽的水浴温度为70℃，电动搅拌器的搅拌转速为250r/min。

②分别称取硬脂酸、石蜡和50.55克工业酒精，依次加入三口烧瓶中。然后在三口瓶上安装电动搅拌器、温度计和回流冷凝管。

③将三口瓶在水浴中加热并搅拌，蒸发的少量酒精经回流冷凝管冷凝后回到三口烧瓶中，直至溶解成均匀透明的无色溶液为止。

第二步，将氢氧化钠在酒精中溶解，具体操作如下：

①分别称取氢氧化钠和蒸馏水加入到锥形瓶中，使之溶解，然后再加入40.18克工业酒精。

②同时也加热搅拌直至成为均匀透明的溶液。

第三步，将锥形瓶中的溶液缓慢注入三口烧瓶中，混合后的溶液继续在70℃加热搅拌，反应时间2分钟，然后趁热将其倒入容器中，让其自然冷却，凝固成型，密封包装，便可得到均匀、半透明的强度很高的凝胶状固体酒精。

实施例2：制备固体醇燃料时各因素的影响

本实施例详细考察对固体醇燃料产品质量具有影响的因素。本实验中水浴加热时间为10min，混合反应时间为2min，机械搅拌转速250r/min。其中三口烧瓶中酒精(酒精1)用量为50.55g，锥形瓶中酒精(酒精2)用量为40.18g(整个物料基准为100g)。

一、温度的影响

基于硬脂酸的熔点为67～70℃，把实验的温度t＝60℃、65℃、70℃、75℃作为四个水平，以考察温度对实验及产品的影响。

实验所需原料用量如下：

               表1-1考察温度因素时实验原料的用量

原料及	硬脂酸	石蜡	酒精1	NaOH	蒸馏水	酒精2	总用量
								用量(g)	4.76	1.30	50.55	0.62	2.59	40.18	100

其中，酒精1为三口瓶中的用量，酒精2为锥形瓶中的用量，即所用酒精在原料中共占90.73％。

本实验通过改变恒温水浴的温度，考察了温度对产品性能的影响，得出的结论见下表：

               表1-2考察温度因素时的具体实验现象

实验条件	变化因素	温度	实验现象
				石蜡1.30gNaOH 0.62g	温度℃	60	制备时在三口烧瓶中就已部分固化，不易正常操作，凝固迅速，固化时间为1分10秒。产品表面不平整，凝胶颗粒粗。

酒精含水量5％		65	制备时明显混浊，倾倒时又很少损失。但凝固较快，固化时间为2分10秒。产品表面较平整，但凝胶颗粒较粗。
				70	制备时轻微混浊，基本无损失。固化时间为3分20秒。产品表面平整，凝胶颗粒较细，乳白色。
		75	制备时无异常现象，基本无损失。固化时间为3分40秒。产品表面平整，乳白色，与70℃时相比，产品外形虽说类似，但过程中由于温度较高，接近酒精的沸点，所以倾倒出来时挥发损失大，过程的能耗也大。

从表1-2中可以看出，当温度较低(即60℃、65℃)，在反应釜中已有部分固化，这对后面的整体固化影响很大，严重影响了产品的质量；而当温度过高(即75℃)，由于接近乙醇的沸点，导致醇回流量过大，也发生了局部超前固化的现象，与温度过低的情况一样也是一种不稳定操作。所以，温度为70℃时的产品在各方面的指标都达到了标准，满足了军需装备的要求。

二、分散剂用量的影响

在本实验中，固定其他原料的用量不变，只改变分散剂石蜡的用量，选取五个水平，以考察分散剂用量的变化对产品质量的影响(整个物料基准为100g)。

本实验通过改变分散剂的用量，在上述实验水平下分别进行实验，可得出以下结论：

                  表2考察分散剂用量时的具体实验现象

实验条件	变化因素	水平	实验现象
				温度70℃NaOH0.62g酒精含水量5％	分散剂的用量(g)	0	制备时无异常现象，基本无损失。固化时间为3分10秒。产品颜色透明，凝胶颗粒粗，质地柔软。
0.65	制备时无异常现象，基本无损失。固化时间为3分15秒。产品颜色较深，硬度明显改善。
		1.30	制备时轻微混浊，基本无损失。固化时间为3分20秒。产品表面平整，凝胶颗粒较细，乳白色。
2.60	制备时明显混浊，基本无损失。固化时间为3分30秒。产品表面均匀，硬度较大。
		5.20	制备时明显混浊，基本无损失。固化时间为3分40秒。产品表面平整，硬度很大，颜色上下不均匀，反映出凝胶的不均匀性。

从表2中可以看出，适量分散剂的加入对产品硬度的影响很大。不加分散剂，产品质地较软，凝胶颗粒大，硬度低，稳定性差；如果加入适量的分散剂，则产品的硬度得到提高，可以任意切割，制作各种形状，洁白如玉，有较高的透明度，这是由于适量的分散剂对硬脂酸的烃类基团具有亲和性，能够避免局部因酸碱浓度过高而凝固的现象，起到了极其有效的分散作用。但当分散剂过多时，由于溶解性的差异，易出现分层现象，而且，固化剂加入后易出现混浊现象。当分散剂的加入量为1.30g时，所得产品在各方面的性能指标最符合要求。

三、固化剂用量的影响

根据硬脂酸与氢氧化钠的酸碱反应可知，固化剂氢氧化钠的用量直接影响硬脂酸与氢氧化钠的反应摩尔比，本实验在保持酒精和硬脂酸的量不变的情况下，进行不同实验。先改变氢氧化钠的量，将其调整到一个合适的摩尔比。在固化剂的最佳用量已经确定下来后，保持固化剂的量不变，然后再调整酒精的量，通过这样一系列的探索和实验研究，确定最佳的固化剂和酒精的量。

在本实验中，固定其他原料的用量不变，把NaOH与硬脂酸的摩尔比0.73∶1、0.83∶1、0.92∶1、1.02∶1、1.12∶1作为五个水平，以考察固化剂用量的变化对产品质量的影响(整个物料基准为100g)。

                   表3考察固化剂用量时的具体实验现象

实验条件	变化因素	水平	实验现象
				温度70℃分散剂1.30g酒精含水量5％	NaOH的用量(g)	0.49	制备时轻微混浊，基本无损失。固化时表面缓慢结膜，固化时间为5分30秒。产品表面平整，硬度较小，质地柔软。
0.56	制备时混浊，基本无损失。固化时表面缓慢结膜，固化时间为5分30秒。产品表面平整，较柔软。
		0.62	制备时稍有混浊，基本无损失。凝固较快，固化时间为3分20秒。产品表面有光泽，硬度大。
0.69	制备时轻微混浊，基本无损失。凝固迅速，固化时间为2分40秒。产品表面均匀平整，硬度较大。
		0.75	制备时三口烧瓶中已有部分固化。凝固较快，固化时间为2分10秒。产品表面不平整，颜色混浊不均匀，硬度很大，由于碱类化合物的过量，凝胶速度加快，在凝胶形成过程中易形成局部不均匀性。

从表3中可以看出，适量固化剂的加入对产品质量的影响也很大。固化剂为NaOH和少量水，其中少量水主要作用是使NaOH处于离子状态，使之与硬脂酸的反应更为充分完全，从而得到所需的凝胶剂硬脂酸钠盐。NaOH的用量加得过多或过少，都达不到预期的效果。所以，当固化剂的加入量为0.62g时，所得产品在各方面的性能指标最符合要求。

四、酒精中含水量的影响

一般来说，工业用酒精的纯度≥95％(质量百分数)。如果酒精中含水量过多，由于水对钠盐的溶解特性，会破坏凝胶的强度，对产品的质量将会产生很大影响，并且还会降低产品的燃烧热值，影响固体酒精燃料的使用性能。

在本实验中，将酒精的纯度作为一个考察指标，即将原料酒精中水所占的质量分率1％、3％、5％、7％、9％作为五个水平，以考察酒精的含水量对产品质量的影响(整个物料基准为100g)。

实验所需原料各组分用量如表2-4所示：

本实验将酒精的纯度(即酒精中的含水率)作为变量，进行实验，得到实验结果如下：

             表4-1考察酒精中含水率时实验原料的用量

原料	硬脂酸	石蜡	酒精1	NaOH	蒸馏水	酒精2	总用量
								用量(克)	4.76	1.30	50.55	0.62	2.59	40.18	100

其中，酒精1为三口瓶中的用量，酒精2为锥形瓶中的用量，即所用酒精在原料中共占90.73％。

             表4-2考察酒精纯度因素时的具体实验现象

实验条件	变化因素	水平	实验现象
				温度70℃石蜡1.30gNaOH0.62g	酒精含水量(％)	1	制备时已有部分固化，损失大。固化时间为2分40秒。产品表面均匀平整，硬度大。NaOH没有很好分散，离子态形式较少。
3	制备时已有部分固化，损失大。固化时间为2分50秒。产品表面平整，较柔软。
		5	制备时稍有混浊，基本无损失。固化时间为3分20秒。产品表面均匀平整，有光泽，硬度较好。
7	制备时混浊，损失少。固化时表面缓慢结膜，固化时间为4分30秒。产品表面平整，颜色不太均匀。
		9	制备时混浊，损失少。固化时表面缓慢结膜，固化时间为6分30秒。产品表面平整，颜色不均匀，较柔软。

从表4-2中可以看出，酒精中含水量对产品质量影响很大。当酒精的含水量过少时，在反应釜中已有局部固化现象；当酒精的含水量过高时，由于水对钠盐的溶解特性，凝胶的强度将破坏，产品的质量受到很大影响，产品的燃烧热值会降低。所以，当酒精的含水量为5％，所制得的产品效果最佳。

通过以上实验确定本发明最佳工艺条件以及原料配比为：操作温度70℃，固体醇燃料的化学组分分别为按重量比，分散剂1.30％，硬脂酸4.76％，NaOH的用量0.62％，质量浓度为95％工业酒精90.73％，蒸馏水2.59％。采用该工艺生产的固体醇燃料外观光滑平整，洁白如玉，凝胶颗粒均匀细致，硬度大，稳定性高，耐热性能良好，质地均匀，易成型包装，特别适合中小企业和家庭生产，具有广阔的市场前景。

实施例3、固体醇燃料的性能测试

该实施例中所用本发明固体醇燃料均采用实施例2优化工艺条件与原料配比制备得到。对照的类似产品(对照品1)，原料用工业酒精500ml、氢氧化钠2.5g、硬脂酸14.5g、石蜡4.0g、水10g为主要原料用与实施例2同样工艺加工而成。对照样乌洛托品(对照品2)军用固体燃料购自北京东新国际保健品有限公司。

1、固体醇燃料的熔点实验：

实验方法：在一个稳定的超级恒温水浴进行，具体的操作步骤如下：

测定前，先将水浴温度降至40℃，将已放入样品的小锥形瓶固定于水浴槽中，慢慢加热。一开始每隔20min，进行一次升温，每次升温幅度为4℃，然后保持20min，仔细观察锥形瓶，无异常现象发生。继续升高温度，当水浴温度达到48℃时，每隔30min，进行一次升温，每次升温幅度为1℃，然后保持30min，仔细观察锥形瓶中现象。当锥形瓶中样品开始出现塌落和湿润现象，而且还出现下滴液体，这表明样品已开始熔化，记下此时温度即为熔点。

熔点测定，至少有两次重复的数据，每一次测定都必须更换新的锥形瓶。

在重复两次实验之后，可以确定在水浴槽的设定温度51℃下，水浴槽的实际温度为52℃，所以确认为固体醇燃料的熔点为52℃。

为此由实验结果可知，在本发明最佳工艺条件下制得的固体醇燃料熔点为52℃，具有良好的物理性能，可长时间储存，便于携带或运输。同样方法测定的对照品1的熔点为50℃。

2、固体醇燃料的燃烧实验

燃烧实验方法如下，在电子天平上放上隔热装置，然后在上面放上所要加热的小容器，放入固体燃料，点火燃烧，定时记下燃烧时间与固体燃料减少的量，通过这些数据能计算出燃烧的速度以及燃烧过程的平均燃烧速度，还可以计算出燃烧过程的残渣率。

残渣率的计算公式如下：

残渣率

实验结果参见表5。

	实验1	实验2	实验3	实验4	实验5	实验6
							燃烧盘质量(g)	53.86	27.16	26.70	24.49	8.35	12.83
燃烧盘的直径(cm)	5.948	3.960	3.520	2.964	2.520	2.024
							燃烧前总质量(g)	69.61	34.26	34.39	30.25	22.98	15.47
燃烧后总质量(g)	54.84	27.61	27.19	24.85	18.65	13.00
							平均燃烧速度(g/s)	0.035	0.017	0.012	0.009	0.007	0.005
最后熄灭时间(min)	7’	6’26”	10’53”	11’10”	11’56”	9’55”
							残渣率(％)	6.22	6.34	6.37	6.25	6.48	6.44
燃烧状态	火焰旺盛稳定；无烟无味无毒	火焰旺盛稳定；无烟无味无毒	火焰旺盛稳定；无烟无味无毒	火焰旺盛稳定；无烟无味无毒	火焰旺盛稳定；无烟无味无毒	火焰旺盛稳定；无烟无味无毒

由上述结果分析可知，不同直径的燃烧容器，固体醇燃料在其中的燃烧速度是不同的。在相同的燃烧用量的条件下，容器的面积，即直径越大，燃烧的火焰越旺，燃烧时放出的热量越高，因而燃烧速度就越快，固体醇燃料的平均燃烧速度是随着直径的减少而降低的。而且，当燃烧盘直径小时，残渣量相对较高，这是因为燃烧时挥发出的脂肪醇与空气中的氧气接触不够充分，燃烧时不够完全，得到的残渣自然稍多。

结合以上六组实验所得出的平均燃烧速度，利用非线性回归可以得到燃烧速度与直径之间的定量关系曲线，如图1所示。曲线方程为Y＝0.013X^1.833，相关系数为0.9932。说明相关性很好，其中Y表示燃烧速度，单位为g/s，X表示为容器的直径，单位为cm。

该方程说明，燃烧速度与燃烧容器的面积不呈线性关系。在相同实验条件下，固体醇燃料在不同的燃烧容器中的燃烧速度是不一样的。从能量传递角度来看，燃烧面积过大，能量损失就越大，所以要根据被加热的容器底面积来合理地确定燃烧容器的尺寸。这种燃烧速度与直径之间的定量关系揭示了燃烧的特性。由回归曲线还可知道，固体醇燃料在各个不同面积的燃烧容器中燃烧时的平均燃烧速度，同时还可以计算出，不同时间下固体醇燃料的消耗量。

3、固体醇燃料的水加热实验

实验方法与燃烧实验类似，把400g冷水架在装有13.8克固体醇燃料的燃烧盘之上，点燃后，定时记下燃烧时间与水的温度，通过这些数据即可得出固体醇燃料加热水实验时水温升高与燃烧时间的关系。其中400g水正是野外作业时煮一袋方便面所需要的水量。

在达到沸腾以后，能持续燃烧至少3分钟，满足了野外作业的使用要求。

类似方法用乌洛托品军用固体燃料进行烧水试验。结果显示，有燃烧容器时，燃烧速度明显下降，火力较小，在环境温度较冷的情况下，很难将水烧开；无燃烧容器的乌洛托品在达到沸腾以后，还能持续燃烧3分钟以上，满足了野外作业的使用要求。实验过程观察到乌洛托品军用固体燃料从点火到整个燃烧需要40秒，不易点燃，容易熄灭。

该实验说明燃烧条件下，环境的中氧气的浓度以及氧气的传递速度十分重要，而固体醇燃料在相同条件下燃烧性能就更好，即使在稍加缺氧的条件下，也能充分燃烧，与乌洛托品军用固体燃料相比，更能适应高原地区。

另外，从燃烧的实验还可以看到乌洛托品固体燃料燃烧时，因氮氧化合物等有毒、刺鼻气味气体的排放，严重污染了环境，特别在室内或帐篷中燃烧时，对人体的危害很大。在这两种条件下燃烧，最终结果都可以看到，被加热容器的加热面上残留大量的煤烟黑灰，很难清除，给重复使用带来不便，因而降低了固体燃料便捷性的特点。

4、固体醇燃料的贮存实验

为了考察固体醇燃料的贮存条件，在高温下对固体醇燃料进行反复的水浴加热实验，通过对现象的仔细观察，从而得到贮存固体醇燃料的温度极限。

贮存实验的实验方法与熔点测定类似，具体操作步骤如下：

①将现做的固体醇燃料直接在三口瓶中固化，待固化完全后，设定恒温水浴的温度为44℃，将三口瓶固定于水浴中加热。

②一开始每隔1h，进行一次升温，每次升温幅度为2℃，然后保持1h，仔细观察三口瓶，样品表面干燥无水分，也无异常现象发生。

③继续升高温度，当水浴温度达到48℃时，每隔2h，进行一次升温，每次升温幅度为1℃，保持2h，仔细观察三口瓶中现象。当温度为51℃时，三口瓶中现象如表6所示，在此温度下仍然保持着相对稳定的状态。

④当温度升至52℃时，保持1h后，三口瓶中样品表面已渗出少许液体，瓶壁也出现液滴，此时将三口瓶取出，在室温冷却后仍有液体存在。

⑤由此可知，本实验研制的固体醇燃料贮存条件的温度极限值为51℃，若环境温度高于51℃，固体醇燃料将可能受高温影响而使被包裹在高分子凝胶中的液体醇渗出，从而导致固体醇燃料质量下降。

             表6温度为51℃时贮存实验现象

时间(h)	时刻	现象
			00.5	16:5317:23	--与玻璃壁面接触的部位渗出极少量的液膜，呈不流动状态

1.01.52.0

17:5318:2318:53

表面干燥，无液滴，也无融化现象表面干燥，无水分表面干燥，无水分

由表6可知，加热半小时后，固体醇燃料在与玻璃壁面接触的部位上渗出极少量的液膜，这是由于产品原料中含有一定量的水分，而水不是亲油基团，经高温加热，壁面处的水分易从固体醇燃料中渗出。经具体试验可知，重新冷却后固体醇燃料仍然可以恢复到原来的状态，因此对产品的质量影响很少。在加热一小时后，固体醇燃料表面干燥，无液滴；再经过一小时，固体醇燃料表面依然保持干燥。这表明固体醇燃料在该温度下贮存状况良好，经一定包装后便可在该温度下长期贮存，这是因为凝胶状态的固体燃料中的凝胶成分是通过酸碱的皂化反应形成的硬脂酸盐，成份极为稳定，不会随时间而变化，只要在适当的贮存温度下，可以保存三年。

继续调节温度，通过多次反复实验可知固体醇燃料的贮存温度应在极限温度51℃以下。而相对对照品1贮存温度极限为49℃，超过该极限，则不能保持良好的物理特性。通常固体醇燃料在常温下储藏即可，但在特殊情况如沙漠环境、炎热环境下，本发明固体醇燃料仍然具有良好的性能指标，因此，本发明产品保质时间长，便于长期储备和长途运输，不仅适合于酒店餐饮行业，而且还适合于旅游、野外作业及部队野营训练。

5、固体醇燃料的真空燃烧实验

该实验用于验证本发明产品在缺氧的环境下燃烧状态。

本实验是在真空干燥箱中进行，通过充气阀和真空泵来调节真空干燥箱中的空气绝对量，以模拟固体燃料在高原气候下燃烧时的真实自然环境。

①称取1.57g的固体醇燃料，在直径为2.024cm的燃烧盘(直径最小的燃烧盘)中点燃，待燃烧稳定后放入真空干燥箱中，关紧干燥箱，使整个干燥箱内空气含量一定，不随外界环境变化；

②将真空泵的电源接通，此时真空干燥箱中空气的绝对量发生变化，从而真空表的读数也发生变化，当空气绝对量逐渐减少时，真空表的读数不断增大，调节充气阀，使真空度以稳定的速度增加，样品的燃烧过程稳定，便于观察现象和记录数据；

③仔细观察样品的燃烧现象，同时注意真空表读数的变化，当样品在某一真空度下熄灭时，记下此时的真空度，即为所得实验数据；

④为保证实验数据的可靠性，重复实验3次，取其平均值；

同样，分别称取1.57g的对照品1，1.60g的对照品2乌洛托品固体燃料在相同条件下进行平行实验。由于乌洛托品在燃烧盘中燃烧极不充分，故对乌洛托品不采用燃烧盘，直接在玻璃皿中点燃，待燃烧稳定后，放入干燥箱中。

固体醇燃料与对照品的真空燃烧对比实验具体现象如表7所示：

                      表7真空燃烧实验记录表

	质量(g)	火焰熄灭时真空表读数的平均值(MPa)	实验现象
				固体醇燃料对照品1	1.571.57	0.070.06	易点燃，点燃时火焰较小；当真空度为0.04MPa时，火焰变得旺盛，一直持续到0.06MPa；此时火焰逐渐减弱至熄灭，熄灭真空度为0.07MPa。易点燃，点燃时火焰较小；当真空度为0.04MPa时，火焰变得旺盛，一直持续到0.05MPa；此时火焰逐渐减弱至熄灭，熄灭真空度为0.06MPa。
对照品2	1.60	0.06	极不易点燃，点燃时火焰较小；燃烧完全后，火焰变得很旺盛，一直持续到0.05MPa；此时火焰逐渐减弱至熄灭，熄灭真空度为0.06MPa。

通过观察可知，固体醇燃料一点即燃，放入真空干燥箱，接通真空泵电源，起初火焰很弱，待真空干燥箱的空气含量稳定后，燃烧稳定，火焰旺盛，实验进行到后期时，火焰又逐渐减弱，直至熄灭；对照品1的主要燃料也是酒精，燃烧时与本发明的固体醇燃料燃烧现象基本相同；对照品2乌洛托品极不易点燃，需要先点燃，待火焰稳定后再放入真空干燥箱，然后接通真空泵电源，从而初时火焰就很大，待真空干燥箱的空气含量稳定后，燃烧也趋于稳定，火焰旺盛，实验进行到后期时，火焰开始逐渐减弱，直至熄灭，

由真空燃烧实验可得出固体醇燃料和对照品在缺氧时的不同燃烧性状，根据实验结果所得的真空度数值，再结合真空度与海拔高度的换算关系，即每升高12米，大气压减少1mmHg，因此通过简单计算，就可得出在高原缺氧条件下燃料可燃时的海拔高度的最大值。

(一)固体醇燃料

对于固体醇燃料，火焰熄灭时真空度为0.07Mpa。

由于1mmHg＝133Pa＝0.000133MPa，

可换算为缺氧环境下的压力值P₁＝0.07/0.000133＝526.32mmHg

则在该压力下的海拔高度值为H₁＝526.32×12＝6315.84m

从而得出结论：在高原缺氧环境下，固体醇燃料可以燃烧的海拔高度的最大值约为6300m。

(二)对照品

对于两种对照品，火焰熄灭时真空度均为0.06Mpa。

由于1mmHg＝133Pa＝0.000133MPa，

可换算为缺氧环境下的压力值P₂＝0.06/0.000133＝451.13mmHg

则该压力下的海拔高度值为H₂＝451.13×12＝5413.56m

从而得出结论：在高原缺氧环境下，对照品燃料可以燃烧的海拔高度的最大值约为5400m。

通过以上对比实验可以得知，在真空缺氧的条件下，本发明的固体醇燃料具有明显优势，在高原缺氧如此苛刻的环境下，依然能够保持燃烧稳定，火焰旺盛，具有良好的燃烧性能。而对照品则稍有不足，在同样的环境条件下，燃烧火焰不旺，燃烧过程不稳定，燃烧的真空度极限值也较低，其各方面的燃烧性能都不如固体醇燃料。通过计算数据可知，固体醇燃料在海拔6300多米的高原或山地环境中仍然可以燃烧，而对照品则只能在海拔5400米以下的高原或山地环境中使用。显然，本发明固体醇燃料更适合用于高原缺氧地区，具有明显优势，是高原士兵野外训练以及高原山地作战的首选热源，可广泛应用于现代化军需装备。

Claims (5)

1、一种固体醇燃料，其由以下组分按重量百分数组成：

工业酒精          90.73％，

硬脂酸            4.76％，

NaOH              0.62％，

石蜡              1.30％，

蒸馏水            2.59％。

2、根据权利要求1所述的固体醇燃料，其特征在于，所述工业酒精的质量浓度为95％。

3、一种固体醇燃料的制备方法，按照权利要求1或2所述组分，全部操作在70℃下进行，将硬脂酸、石蜡和工业酒精的55.7％在三口烧瓶中加热并搅拌回流，将氢氧化钠、蒸馏水和44.3％工业酒精在锥形瓶中加热，然后将锥形瓶中的溶液缓慢注入三口烧瓶中，混合后的溶液继续在70℃加热搅拌，趁热将其倒入容器中，自然冷却，凝固成型得到的均匀、半透明的凝胶状固体即为固体醇燃料。

4、根据权利要求3所述的固体醇燃料的制备方法，其特征在于，全部操作在水浴温度为70℃的恒温水槽中进行。

5、根据权利要求3所述的固体醇燃料的制备方法，其特征在于，具体操作为：

第一步，将硬脂酸在酒精中溶解：

①固定恒温水槽的水浴温度为70℃，电动搅拌器的搅拌转速为250r/min。

②分别称取硬脂酸、石蜡和工业酒精中的55.7％，依次加入三口烧瓶中。然后在三口瓶上安装电动搅拌器、温度计和回流冷凝管；

③将三口瓶在水浴中加热并搅拌，蒸发的少量酒精经回流冷凝管冷凝后回到三口烧瓶中，直至溶解成均匀透明的无色溶液为止。

第二步，将氢氧化钠在酒精中溶解：

①分别称取氢氧化钠、蒸馏水和工业酒精的44.3％，依次加入到锥形瓶中；

②同时间也将锥形瓶在与上述相同条件下加热相同时间，直至使其成为均匀透明的溶液；

第三步，将锥形瓶中的溶液缓慢注入三口烧瓶中，混合后的溶液继续在70℃加热搅拌，反应时间2分钟，然后趁热将其倒入容器中，让其自然冷却，凝固成型，密封包装，便可得到均匀、半透明的强度很高的凝胶状固体醇燃料。