Способ определения кинетических параметров реакции в объеме сыпучего материала

 

Изобретение относится к термографии и позволяет более простым путем и более достоверно определять кинетические параметры реакций (энергию активации, константу скорости тепло- .выделения), протекающих в объеме сыпучих материалов, путем помещения в термостат нескольких образцов одинаковой геометрической формы, но раз личного объема, имеющих температуру окружающей среды. Изменение температуры регистрируют на поверхности и в центре каждого из образцов, фиксируют момент их равенства, и по зависимости температуры центральной точки от времени при данной температуре термостата судят об искомых параметрах . 7 ил. СлЭ ()

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (59 4 G 01 N 25/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

gQ <

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ5)И, ц

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ БИБЛИО 1" + (21) 3541853/24-25 (22) 21.01.83 (46) 15.04.87. Бюл. № 14 (71) Московский институт химического машиностроения (72) К.С. Кольцов (53) 541/545(088.8) (56) Мержанов А.Г. и др. Термографический метод исследования кинетики тепловыделения. — Физическая химия, 1967, т. XLI № 1, с. 179-184. (5 4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКИХ

IIAPAMETP0B РЕАКЦИИ В ОБЪЕМЕ СЫПУЧЕГО

МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к термографии и позволяет более простым путем и более достоверно определять кинетические параметры реакций (энергию активации, константу скорости тепло.выделения), протекающих в объеме сыпучих материалов, путем помещения в термостат нескольких образцов одинаковой геометрической формы, Hî pasличного объема, имеющих температуру окружающей среды. Изменение температуры регистрируют на поверхности и в центре каждого из образцов, фиксируют момент их равенства, и по зависимости температуры центральной точки от времени при данной температуре термостата судят об искомых параметрах. 7 ил.

22

Сп(КИ,) f 13039

Изобретение относится к термогра= фическим способам определения кинетических параметров (эффективной энергии активации, константы скорости тепловыделения) экзотермических реакций, протекающих в объеме сыпучего или волокнистого материала, и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности, а также в научных исследованиях, связанных 10 с пожарной безопасностью веществ и материалов.

Цель изобретения — упрощение способа и повьппение достоверности определяемых параметров. S5

На фиг. 1 изображена схемА замера температур образца, где t — температура центральной

< точки — температура поверхности об- 20

2 разца.

На фиг. 2 — пример записи температур t и образца порошка нигро.зина спирторастворимого (красителя) в процессе его выдержки в изотермической среде термостата, где ь — время; — изменение температуры t<, за промежуток времени в точке, где — температура среды в термостате.

На фиг. 3 — схема распределения температур по толщине между центром и поверхностью образца в момент, ког- 35 да е =с =О.

На фиг. 4 — график зависимости скорости самонагревания центральной точки образца от величины объема

ht/ь )= y(V).до моментов, когда t = 40

=О для образцов порошка нигрозина

2 спирторвстворимого.

На фиг. 5 — график Хп(К(Ц=Е(1/ )I в (Аррениусовых координатах), где K Q — скорость тепловыделения материала в результате экзотермической реакции при температуре t ;

50 где (дt/gc ) — скорость самонагревания матеРиала при темпеРа- 55 туре tc;

Ср — теплоемкость материала;

- объемная плотность материала;

2 — отрезок, отсекаемый на оси ординат, выражающий предэкспонент в кинетическом уравнении Аррениуса или константу . скорости тепловыделения;

Š— эффективная энергия активации;

R — универсальная газовая постоянная;

М вЂ” угол, образованный графиком;

Т вЂ” абсолютная температура с среды.

На фиг. 6 — устройство для проведения опыта с четырьмя образцами разного размера одновременно.

На фиг, 7 — вид по стрелке А на фиг. 6.

Способ осуществляют следующим образом.

Образцы реагирующего материала разного объема Ч, V, Ч, и Чд одинаковой геометрической формы (сферической или кубической) выдерживают при разных, но постоянных повышениях температур среды в воздушном термостате, например, .сначала при t (все четыО с ре образца), затем при 1с,, tq u

Образцы находятся в проволочных

Ф корзиночках, стенки которых проницаемы для окружающего воздуха, но препятствуют просыпанию материала. В каждом образце измеряют и записывают на диаграммной ленте потенциометра температуры центральной точки и поверхности образца, а также для удобства с помощью дифференциальной термопары — разность этих температур.

В процессе самонагревания для каждого образца наступает момент, когда

t< -t =О. Для этих моментов по термо" граммам определяют скорость самонагревания центральных точек образцов, равную g /до, (фиг. 2).

Для каждого значения температуры среды по результатам эксперимента строят график n L /дс = q(V) (фиг. 4) . С помощью графика. на его продолжении и пересечении с ординатой Z t/Ь ь определяют (at /Вь ) — скорость самонагревания единичного (равного среднему размеру зерна) объема образца при данной температуре среды.

По известной теплоемкости материала С„ и его объемной плотности р определяют скорость тепловыделения ре3 iЗ0Э9 акции, протекающей.в объеме материала при температуре t равную .

KQ (t/ь. ), С Р

Определив KQp для Ряда значений температур среды, например для и с строят график ((KQ а) = э

=f(1/Ò,) в Аррениусовых координатах (фиг. 5), где Тс — абсолютная температура среды, соответствующая значе- f0 сс ° tp э tgэ

Из графика (фиг. 5) определяют

fn(К )p как отрезок, отсекаемый графиком на оси координат, где (КО ) константа скорости тепловыделения 15 или предэкспоненциальной множитель в кинетическом уравнении Аррениуса, примененном для рассматриваемой задачи. По величине tgd,= Е/К определяют эффективную энергию активации. 20

Устройство для осуществления способа состоит из стойки 1, укрепленной в камере воздушного термостата, угольника 2, на котором укреплены дифференциальные термопары 3 и с по- 25 мощью винтов и пластинки ч — термопара 5. Дифференциальные термопары укреплены фиксированно по отношению к корзиночкам 6 для образцов так, что с их помощью можно измерять разность 30 температур в центре и на поверхности каждого образца. На стойке 1 установлена приставка 7 с четырьмя корзиночками 6 кубической формы раз22 4 ного объема для образцов испытуемого материала. Корзиночки изготовлены из проволочной сетки, позволяющей проникать через нее газам и исключающей просыпание материала образца . Приставка 7 прикреплена к стойке 1 фиксированно с помощью направляющих 8 и пружинных зажимов 9. Угольник 2 при- креплен к стойке 1 с помощью винтов с дистанционными втулками 10. Концы термопар выведены на панель I1. формула изобретения

Способ определения кинетических параметров реакции в объеме сыпучего материала, включающий выдержку образцов одинаковой геометрической формы в изотермической среде при различных температурах и регистрацию изменения температуры на их поверхности, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения и повышения достоверности, в изотермическую среду помещают образцы различного объема, имеющие температуру окружающей среды, дополнительно регистрируют изменение температуры в центре образцов, фиксируют момент равенства температур в центре и на поверхности образцов и по зависимости температуры центральной точки от времени при данной температуре термостата судят об искомых параметрах.

1 303922 Х) 1303922

1303922

Составитель Г. Самохвалов

Редактор А. Ревин Техред А.Кравчук Корректор А. Обручар

Заказ 1302/44 Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, ул. Проектная, 4