Проточный калориметр Советский патент 1983 года по МПК G01K17/08 

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для усовершенствования проточных калориметров. Известен дифференциальный прото.ч ный калориметр, содержащий ячейку, выполненную в виде гидравлического канала, окруженного термобатареями помещенными в тепловыравнивающее массивное тело. На входе гидравлического канала установлен реакционный смеситель, в котором смешиваютс реагенты. Смесь вместе с продуктами .реакции движется вдоль ячейки и по мере взаимодействия реагентов происходит выделение теплоты. Суммарна теплота реакции регистрируется тепл мерами - термобатареей til. Недостатком устройства является отсутствие возможности измерения ин тенсивности выделения теплоты реакции ( теплокинетики). Известен также проточный калориметр, содержащий проточную ячейку, реакционный смеситель и тепломеры (термобатарея), расположенные по Длине ячейки. Измеряют сигнал термо-ЭДС со всех тепломеров и с помощью электрического отвода - сигна термо-ЭДС с части тепломеров, рас,положенных на начальном участке . . ячейки. Отношение сигналов дает соотношение теплоты реакции за время ЛТ (время нахождения реагентов в смеси ) к полной теплоте реакции. Меняя подачу реагентов, изменяют дТ и получают зависимость выделяемой теплоты реакции от времени 2 Недостатком калориметра является .необходимость изменения подачи реагентов с фиксацией и нормированием каждой подачи. Точность выполнения этих операций должна быть не меньше точности измерений. Наличие дополни тельного отвода усложняет термобатаре и снижает ее надежность. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является проточный калориметр, содержащий проточную ячейку с объемной линией задержки, реакционный смеситель. Проточная ячейка имеет:последовательно соединенные емкости с рядом термобатарей С помощью устройства исследуется степень полноты реакции и кинетика процесса Сз . Недостатками калориметра являютс его сложность, ограниченное число точек измерения кинетики, а также большие габариты измерительного узл калориметра и невозможность обеспечения изотермичности. Целью 1 зобретения является сокра щение времени измерения и упрощение устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем проточ ную ячейку с объемной линией задержки , реакционный смеситель и термобатарею, объемная линия задержки выполнена в виде емкости с изменяемым объемом, образованной полой втулкой, в которой установлен с возможностью продольного перемещения и вращения цилиндрический вкладыш, на наружной поверхности которгого выполнена винтовая канавка, причем втулка имеет внутренний выступ, входящий в винтовую канавку, а реакционный смеситель размещен в выступе втулки. Выполнение калориметра в предлагаемом виде позволяет упростить устройство, уменьшить его габариты и обеспечить возможность исследования кинетики со сколько угодно малым шагом. На фи-г. 1 показано предлагаемое устройство, общий вид ; на фиг. 2. конструкция проточной ячейки } на фиг. 3 .- график зависимости интенсивности выделяемой теплоты реакции от времени нахождения реагентов в . смеси. В тепловыравнивающем теле 1 (фиг. 1) имеется гидравлический канал - реакционная ячейка 2, вдоль которой расположена термобатарея, составленная из тепломеров 3. На фиг. 1 емкость с изменяемым объемом показана для упрощения, как цилинд- рическая емкость 4 с поршнем 5. На одном конце емкости 4 закреплен смеситель б реагентов А и Б. На другом конце емкости 4 предусмотрен выход реагентов из емкости. Этот выход подключен к входу в ячейку 2. Емкость с изменяемым объемом 4 выполнена (фиг. 2 } в виде полой втулки . 7, в которую плотно вставлен вкладыш 8. Вкладыш 8 имеет возможность продольного перемещения и вращёния. , На наружной поверхности вкладыша 8 выполнена винтовая канавка 9. Втулка 7 размещена в тепловыравнивающем теле 1. В винтовую канавку 9 входит выступ 10, внутри которого размещен реакционный смеситель б реагентов Л и б. Устройство работает следующим образом. Жидкие реагенты поступают в смеситель б емкости 4 (фиг. 1). Время нахождения реагентов Т, начиная с момента смещения в емкости 4 , определяется ее объемом и величиной подачи, а именно А + 6 где V - объем емкости; Q.+ Qt- суммарная объемная подача реагентов. После выхода из емкости 4 реаген ты входят в гидравлический канал реакционной ячейки 2. К моменту входа в реакционную ячейку 2 реаг ты уже находятся в контакте на пр тяжении времени ; (фиг. 3). Пребывание в реакционной ячейке 2 начинается с моментов времени Т С Начиная с интервала t полного завершения химического проце са, происходит измерение выделяе.мой теплоты реакции в ячейке 2. Таким образом, в реакционной ячей ке 2 происходит измерение не полной теплоты реакции от начала ее выделения в момент f О, а част теплоты Q, начиная с времени Т, .т.е. (С)ЗС, где .) - интенсивность выделения теплоты реакции. Емкость с изменяемым объемом 4 является объемной линией задержки С помощью поршня 5 изменяют объем емкости -1 и, соответственно, изменяют время пребывания реагентов в смеси время реакции ) до попадания их в реакционную ячейку 2. Таким образом., для каждого установленного объема V существует свой интервал времени С и соответственно теплота СЦ, которая является функцией С . Набор значений Q является величинами теплот реакции для исследуемой части процесса с момента времени Т, до прекращения реакции. Величину исследуемой части реакции можно регулировать, задавая начало исследования 0) до Любого У , т.е. начала выбранного интервала хода реакции Производная от QiT) по времени является интенсивностью процесса вы.деления теплоты для момента f ил «(С) (интенсивность теплоты реак Ции в момент t ) . Разность двух теплот, взятых (фиг. 3) для начала измерения от ( два соседних значения ) . Л«(,)) есть теплота, выделившаяся за инте вал моменту времен Т. . Отсюда среднее значение интен сивности выделения теплоты реакции за интервал л «() «(Sa) (ЛТ) что и является искомой величиной. Уменьшая интервал лТ можно получи нужное приближение среднего значения производной (термокинетики к истинному. Изменение объема емкости 4 в уст;ройстве осуществляется 1фиг. 2) вра.щением цилиндрического вкладыша 8, выполняющего роль поршня 5 (фиг. 1). Положение выступа 10 относительно образующей винтовой канавки 9 меняется и можно установ 1ть любую длину этой канавки от входа реагентов в смеситель 6 до их выхода из емкости 4 и соответственно любой объем переменной емкости 4. Общий габарит устройства невелик. На цилиндрическом вкладыше диаметром 40 мм и высотой 50 см размещается канал, длиной 100-150 см емкостью до 20 мл. Установка и нормирование размера объема однозначно связаны с числом оборотов цилиндра и углом его поворота, т.е. управление , объемом весьма просто (например при подключении ЭВМ. Реализация предлагаемого решения позволяет обеспечить непрерывное измерение простыми средствами термокинетику физико-химического процесса в проточном микрокалориметре, причем исследовать процесс выделения теплоты во время реакции с угодно малым шагом. При этом нет необходимости изменять подачу реагента, т.е. весьма упрощается насосная система. . Благодаря тому, что расход реагентов в процессе измерения термокинетики не меняется, гидродинамические .условия опыта сохраняются, что в свою очередь повышает точность измерения. . Выполнение линии задержки с изменяемым объемом открывает возможность термокинетического измерения в одном калориметре при одном опыте при сохранении всех существенных действующих факторов, в частности скорости подачи реагента и концентрации перед началом реакции. Положительный эффект от использования предполагаемого изобретения может быть подтвержден следующими данными. При изменении объема линии задержки, не меняя подачи насосами в течение одного опыта, можно выполнить срезы по времен : с 50 до 1500 с через каждые 20-50 с, меняя время задержки ,(объем ) через 2-5 мин. Весь опыт займет 500 мин (8-10 ч, с учетом однократного ввода в режим 15 ч Если бы аналогичный по объему полученной информации опыт был бы планируем обычным устройством, потребовалось бы выключение калориметра и установка специального объема-задержки для кажд.ой точки временного среза. Для обычного проточного калориметра ввода и вывод в режим занимают не мeнee 3-4 ч и ча весь опыт потребовалось бы не меTree 300 ч рабочего времени операто ра и прибора.

Применение устройства повышает объем информации из опыта, улучшает условия опыта, качество измерения, повьвиает производительность труда за счет сокращения на порядок времени измерений.

ПРОТОЧНЫЙ КАЛОРИМЕТР, содержащий измерительную ячейку с объ емной линией задержки,, реакциогнный смеситель и термобатарею, о т лич ающий.ся тем, что, с целью сокращения времени измерения и упрощения устройства, объемная линия задержки выполнена в виде емкости с изменяемым .объемом, образованной полой втулкой, в которой установлен с .возможностью вращения и продольного перемещения цилиндрический вкладьаш, на наружной поверхХности которого выполнена винтовая канавка, причём втулка имеет внутренний выступ, входящий в винтовую канавку, а реакционный смеситель .размещен в выступе втулки. (Л оо Ч Ч СО