Способ определения кинетических параметров реакции в объеме сыпучего материала Советский патент 1987 года по МПК G01N25/30 

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

Цель изобретения - упрощение способа и повьшение достоверности определяемых параметров.

На фиг. 1 изображена схема замера температур образца,

де t

- температура центральной точки;

trt - температура поверхности об- 20 фиг. 6.

На ф дения о разного

На ф

Спос разом.

разда.

На фиг. 2 - пример записи температур tj и t образца Порошка нигро- .зина спирторастворимого (красителя) в процессе его выдержки в изотермической среде термостата} где ТТ - время;

- ut - изменение температуры

за промежуток времени л Т в точке, где

Образцы реагирующего материала разного объема V , V, V и 4 одина- ковой геометрической формы (сферической или кубической) вьщерживают при разных, но постоянных повышениях температур среды в воздушном термостате, например, .сначала при t (все четы ре образца), затем при tc, , tc и t( . Образцы находятся в проволочных

tg - температура среды в термостате .корзиночках, стенки которых прони- На фиг. 3 - схема распределения цаемы для окружающего воздуха, но температур по толщине между центром препятствуют просыпанию материала. В и поверхностью образца в момент, ког- 35 каждом образце измеряют и записывают

на диаграммной ленте потенциометра температуры центральной точки и поверхности образца, а также д.пя удобства с помощью дифференциальной тер- 40 мопары - разность этих температур.

В процессе самонагревания для каждого образца наступает момент, когда t,. Для этих моментов по термограммам определяют скорость самонагрев (Аррениусовых координатах), вания центральных точек образцов, рав- где KQg - скорость тепловыделения У t/4 o, (фиг. 2). материала в результате экзотермической реакции

да t, t2 0.

На фиг. 4 - график зависимости скорости самонагревания центральной точки образца от величины объема ut/b)q(V) до моментов, когда t для. образцов порошка нигрозина спирторйстворимого.

На фиг. 5 - график n(KQo)f (l/ cTj, )1

Для каждого значения температуры среды по результатам эксперимента строят график bt/i c ip(V) (фиг. -4). С 50 помощью графика на его продолжении и пересечении с ординатой it/u c определяют (utA o )р - скорость самонагревания единичного (равного среднему размеру зерна) объема образца при

кдо(г.ьД)„Срр ;

где () - скорость самонагревания

материала при темпера- 55 данной температуре среды. туре

теплоемкость материала; объемная плотность материала;

По известной теплоемкос ала Ср и его объемной плот ределяют скорость тепловыд

tnCKQg)

0

5

отрезок, отсекаемый на оси ординат, выражающий предэкспонент Е; кинетическом уравнении Арре- ниуса или константу скорости тепловыделения;

эффективная энергия активации;

универсальная газовая постоянная;

угол, образованньй графиком;

абсолютная температура среды.

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

На фиг. 7 - вид по стрелке А на

Е R

66 Т. Способ осуществляют следующим образом.

Образцы реагирующего материала разного объема V , V, V и 4 одина- ковой геометрической формы (сферической или кубической) вьщерживают при разных, но постоянных повышениях температур среды в воздушном термостате, например, .сначала при t (все четы ре образца), затем при tc, , tc и t( . Образцы находятся в проволочных

корзиночках, стенки которых прони- цаемы для окружающего воздуха, но препятствуют просыпанию материала. В каждом образце измеряют и записывают

вания центральных точек образцов, рав- У t/4 o, (фиг. 2).

Для каждого значения температуры среды по результатам эксперимента строят график bt/i c ip(V) (фиг. -4). С 50 помощью графика на его продолжении и пересечении с ординатой it/u c определяют (utA o )р - скорость самонагревания единичного (равного среднему размеру зерна) объема образца при

данной температуре среды.

По известной теплоемкости материала Ср и его объемной плотности р определяют скорость тепловыделения реакции, протекающей,в объеме материала при температуре t., равную KQo (tA c)oCpp .

Определив KQ для ряда значений. . температур среды, например для tc, , tr. , tл. и t, , строят график fn(KQo)

tci tc, и tj, , строят график f(1/Tj) в Аррениусовых координатах (фиг. 5), где Т(, - абсолютная температура среды, соответствующая значеНИЯМ tc, , ,

и t.

-, - - сэ :-с

Из графика (фиг. 5) определяют En(KQ,)o как отрезок, отсекаемый графиком на оси координат, где (КС),,);, - константа скорости тепловыделения или предэкспоненциальной множитель в кинетическом уравнении Аррениуса, примененном для рассматриваемой задачи. По величине E/R определяют эффективную энергию активации.

Устройство для осуществления способа состоит из стойки 1, укрепленной в камере воздушного термостата, угольника 2, на котором укреплены дифференциальные термопары 3 и с по- мощью винтов и пластинки 4 - термопара 5. Дифференциальные термопары укреплены фиксированно по отношению к корзиночкам 6 для образцов так, чт с их помощью можно измерять разность температур в центре и на поверхности каждого образца. На стойке 1 установлена приставка 7 с четырьмя корзиночками 6 кубической формы разff

ue.i

.

O

f5 0

25 30

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 прикреплен к стойке 1 с помощью винтов с дистанционными втулками 10. Кон1ц 1 термопар выведены на панель 11.

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, отличающийся 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.

t /,t, f(T

tc

иг:2

ffua.5

f/Tc

N

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 ()

Составитель Г, Самохвалов Редактор А. Ревин Техред А.Кравчук Корректор А. Обручар

Заказ 1302/44 Тираж 777Подписное

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