Способ контроля кинетических параметров процесса теплового самовозгорания различных партий материала Советский патент 1988 года по МПК G01N25/50 

4;:

N9

00

Изобретение относится к производ- ству, использованию и хранению самовозгорающихся твердых дисперсных и волокнистых веществ и.материалов и может быть использовано в химической, пищевой, топливной и других отраслях промышленности5 а также в сельскохозяйственном Производстве,

Целью изобретения является обеспе- чение экспрессности анализа.

Для определения кинетических параметров теплового самовозгорания 5 партий травяной ,цля произвольной партии из 5 определили кинетические параметры Е и С следутащим образом.

Определяющий размер реакционного сосуда (сетчатой корзиночки кубической формы) принш шется равным 15 мм« Цпя определения темпа охлаждения мате риала (корзиночки с исследуемым продуктом) предварительно нагретую до 100°С навеску анализируемого материала поместипи в суховоздушный термостат и. при помощи дифференциальной термопары прибора следящего уравновешивания (КСП--4) на диагра1 ф1ной ленте зарегистрировали охлаждение образца во времени до 30°С. По уравнению

йТ,

&Т Р 1-

где Т

D(-)

ЙТ,

0(-)

начальная разность температур охлаждаемого образца и окружающей среды, К; разность температур охлаждаемого образца и окружающей ереды5 К5 в момент времени сГ, с,

.предварительно его линеаризовав методом наименьщих квадратов, обрабатьта- ется 12 точек кривой, охлаждения навески, ТеГ Ш охлаждения m равен 4,04

В суховоздушном термостате задается значение окружающей изотермической среды , 456 К, и последовательно испытываются 9 навесок анализируемого материала. Средняя величина максимального саморазогрева равна Л Т, 6 К, при этом температура в центре испытуемого образца (навески) составила Т, 1,, + &Т 456 + 6 462 К. Задается в термостате T oyfi- 474 К. Вновь последовательно испытывается 9 навесок. Средняя величина саморазогрева йТ,,, 11 К, температура в центре навески - Т 485 К. Ступенчато повышая температуру изотермической среды, провели аналогичные испытания еще при восьми значениях . При 5: 500 К образцы стали самовозгораться.

Результаты испытаний сведены в табл. 1.

Для анализируемой навески витаминной травяной муки вычисляют параметры Е и С, для чего данные табл. 1 представляются системой уравнений:

Cg - m iX С„р - E/RT m &Т E/RTj m M, E/RT,o m &T,

t s

2

3

tO

Кинетические параметры процесса теплового самовозгорания дпя проанализированной партии следующие: Е 52,8 кДж/моль, С 2,143-10 К .

По найденным для данной партии значениям Е и С определяют для процесса самовозгорания витаминной травяной муки температуру компенсации Т и адиабатическую скорость самонагревания PJ при Tj. по формулам

Изобретение относится к производству, использованию и хранению самовозгорающихся твердых дисперсных и волокнистых веществ и материалов. Цель изобретения - экспрессность анализа. Поставленная.цель достигается определением энергии активации Е; и пред- экспоненты Cj процесса самовозгорания по одному разогреву навески (образца) анализируемого материала при температуре в зоне реакции, отличающейся от температуры компенсации Т. Предварительно для одной из проб определяют Е , и С, по разогревам различных образцов в широком интервале температур. Затем через Е , и С, по эмпирическим формулам, характеризующим компенсационность процессов самовозгорания, вычисляют температуру компенсации и адиабатическую скорость самонагревания Р при температуре компенса1: ии, а также критический для Тр темп охлаждения и линейный размер L . Последующие конт- рапьные анализы проводят при температуре окружающей среды предпочтитель- 5 но на 70+5 К ниже Т, используя образец с линейным размером в два раза СУ/ больше критического или же при Т(,цр - f Т , используя образец предпочти -: тельно в три раза меньше критического с: 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

InC)

52800 - 22000 87314(1п21430 - InIO)

еур

г А, т„ -22000/8,314483 . i7S-H)c

-E/RTj. 10, е 4,175 1U К с

Вычисляют крргтическкй темп и размер реак1щонного сосуда $ при котором

220000

8,314 483-.р е

ла т

Размер реакционного сосуда, соответствующий найденному -значению m 1 2,88 10 ,, вычисляют по форму. 483 К,

50

температура окрз ающей среды равна температуре компенсации TC

22000 8,314 483

-% 12,88 10 с . (1) лам регулярного теплового режима методом последовательных приближений:

m

|.

где М Hf, (

4Н2 + 1,143Н+ 1

Н i

S-K

V

к

-Срр 1,7

2,35- 10. -1

400

Ю м

(L. 11 Вт м-2 -К

Ti 0,160 Вт.м К Ср 2,35 ТО ДжкгК

р 400 кг м ) - средние значе- . НИИ теплофизи- ческих параметров витаминной травяной муки.

Численное аначение .размера реакционного сосуда равно кр 38 мм 3,810-2 „.

гч-Э

5,64.10 ,

(К-с- );

р т,зЛТ 4,7-10,-12

Е - RdnP;- InPc) 8,314(1п 0,0564- 1п 0,04175 кЛж-моль- 1/Тс - 1/Т 1/483 - 1/495

- Е + RTclnC RTc

е

49800- 2200 + 8,314-483 10 8,314-483

При осуществлении предлагаемого способа в области температур ниже Т увеличивают значение L в 2 раза Ь, Ьц ч 2 38.2 76мм; для найденного разме-- ра реакционного сосуда (L 76 мм) по формулам (1) и (2) вычисляют темп охлаждения m-fg 0, с .

Для ведения анализа задают в термостате значение изотермической среды-Току t ТЕ - 70 К 483-70 413 К и испытывают по одному образцу от каждой из пяти контролируемьк партий (включая и партию, испытанную ранее).

-э т... ЛТ 0,4810 22,9 1,099

О

5

R(ln Pi - In PC) 8,314(ln 0,011 - In 0,04175) 1/Tc - 1/T 1/483 - 1/435,9

E -E+ RTclnC RTf

49600- 22000 +8,314-483-10 8,314-483

41287

При осупествлении предлагаемого способа в области температур выгое Т. уменьшают значение L.B 3 раза L,

10

20

кр

р 3 38-3 13 мм| для найденного размера реакционного сосуда (L, 13 мм) по формулам (1) и (2) вычисляют темп охлаждения т 4,7 МО- с- о

Для ведения анализа задают в термостате значение изотермической сре- ДЬ1 , Iff 483 К и испытывают по одному образцу от каждой из пяти .контролируемых партий (включая и пар- 15 тию, испытанную ранее).

При испытании образцов фиксируют максимальные саморазогревы &Т; в центрах навесок и вычисляют значения температур Т Т,, + ДТ; . Например, для партии № 1 максимальный саморазогрев ЬТ 12 К, Т Тд„,+ UT

Вычисляют значения параметров Е н С для каждой из пяти партий. Резуль- 25 таты вычислений сведены в табл.2. Например, для партии (f 1 результаты вычислений следующие

5,64.10 ,

(К-с- );

10152 1,0-10 (К-с )

-

5

При испытании образцов фиксируют максимальные саморазогревы ЛТ; в центрах навесок и вычисляют значения температур Т AT; . Например для партии № 1 максимальный саморазогрев &Т 22,9 К, Т Токрг.+ йТ . 413 + 22,9 435,9 К. Вычисляют значения параметров Е и С для каждой из пяти партий. Результаты вычислений сведены в табЛо 3. Например, для партии № 1 результаты вычислений оказались следующие:

10 « 1,1 -10

-

с- ;

49,6, кЛж/мбль ,

9,59 .10 , K-с

-1

параметров процесса теплового самовозгорания различных партий материала, включающий определение для анализируемого материала темпа охлаждения образцов га, вьздержку образцов в изотермической воздушной среде при нескольких значениях температуры , измерение максимальных саморазогре- вов AT при различных температурах Т + UT в центре образцов и определение кинетических параметров процесса самовозгорания Е и С из си- стемь уравнений теплового баланса, отличающийся тем, что, с целью обеспечения экспрессности анализа, по вычисленным значениям

кинетических параметров Е и С для одной из партий анализируемого материала по зависимостям

л

Е

- InC)

и

PC

ехрС

определенным эмпирическим путем, с изокинетяческими параметрами Е и равными для дисперсных органических материалов соответственно

22000 и 10 К,с

f

определяют температуру компенсации Т и ади- абатическ5гю скорость самонагревания Р, при температуре компенсации из зависимости

m - е

RT|Г 220001

П--ктГ

RTc J

определяют критический темп охлаждения и соответствующий ему размер реакционного сосуда , при котором температура окружакщей изотермической среды Токр равна температуре компенсации Т, выбирают размер реакционного сосуда больше или меньше и ведут анализ в области температур ниже или выше Т, при этом кинетические параметры Е; и С; контролируемого образца определяют из зависимостей

Е;

R(lnP« - InPe) 1/Тс - 1/ТЕ; -ё

+ RT

-InC

С; е

RT

1, отлича- тем, что при ведении

.

30

где Р- ffli uT;.

2, Способ по п.- ю щ и и с

анализа в области температур выше Т., размер реакционного сосуда принимают в три раза меньше L и температуру окрзокающей среды задают равной Т ± + 5 К, а при ведении анализа в области температур ниже Т размер реакционного сосуда принимают в два раза больше Ьцр и температуру окружающей среды задают на 70+5 К меньше „.

Таблица 1

m,, с

4,7-10

окр

Токр Т А83 К

1212,3

495495,3

5,640-10 5,796- 10

ль 49,852,6

г

i

1,0-10

1314,2

496497,2

6,11 ,67- 10

58,366,0

2,1-10 8,,8-10

т, с

Токр К ЬТ, К

Т, К Р, к.сС, К. с

-(

22,9

435,9

1,10 -10

Е, кДж/моль 49,6

1,0-10

j3Kp

17,5

430,5

8,4-10

52,8 2,1 -10

Т. Те - 70 483 - 70 413 К

11,6

424,6

5,5-10

58,8

9,6 -10

7,5 420,5 3,6-10

66,2 60,5-10

Таблица 2

,-2

17,6 500,6 8,27- 10 78,1 1166,8-10

Таблица 3

0,48-10

11,6

424,6

,5-10

58,8

,6 -10

7,5 420,5 3,6-10

66,2 60,5-10

4

417 1,9-10 78,1 1175,8-10