Способ определения структурных параметров зернистых материалов Советский патент 1990 года по МПК G01N30/06 

5

10

Навливают расход газа-носителя, начальную температуру колонки и после выхода хроматографа на заданный режим вводят в колонку тестовые вещества, относящиеся к классу парафиновых,нафтеновых, ароматических, нафтено-аро- магических и полиароматических углеводородов. Тестовые соединения вводят, в колонку в порядке возрастания их температур,кипения. После определения характеристик удерживания одного из тестовых веществ температуру колонки повышают до температуры кипения этого соединения и выдерживают при этой температуре исследуемый материал в течение 30 мин. Затем устанавливают в термостате колонок начальную температуру для определения характеристик удерживания следующего 20 тестового вещества, имеющего темпе- I (ратуру кипения выше, чем у предыду15

щего. Тестовые соединени колонку в смеси с несорб (обладающим минимальным на исследуемом сорбенте эксперимента) веществом.

На основании полученн ристик удерживания строя логарифма эффективного у объема удерживания от об пературы для каждого из ществ на исследуемом обр разце, принятом в качест

Далее определяют изме ной энтальпии при адсорб тестового вещества на ис и стандартном образцах.

Оценку соответствия с исследуемого материала с стандарта проводят по ве пени упорядоченности К„,

К,

, из выражения lAHw - ДНС |АН%-ЛНс I ,UHJ -AHcl

I IiHrii™ t l IIilII - -iii-I-I iiZ I.

i

5

0

0

5

щего. Тестовые соединения вводят в колонку в смеси с несорбирующимся (обладающим минимальным удерживанием на исследуемом сорбенте в условиях эксперимента) веществом.

На основании полученных характеристик удерживания строят зависимость логарифма эффективного удельного объема удерживания от обратной температуры для каждого из тестовых веществ на исследуемом образце и образце, принятом в качестве, стандарта.

Далее определяют изменение мольной энтальпии при адсорбции каждого тестового вещества на исследуемом и стандартном образцах.

Оценку соответствия структуры исследуемого материала структуре стандарта проводят по величине степени упорядоченности К„, определяемой

, из выражения %-ЛНс I ,UHJ -AHcl

Изобретение относится к способам определения степени графитации углеродистых материалов, например графитированных электродов, продуктов пиролиза углей, пеков, и может найти применение в коксохимической и алюминиевой промышленности для определения качества и управления процессами получения углеродистых материалов. Целью изобретения является повышение точности и расширение степени графитации углеродистых материалов. Через слой стандартного и испытуемого материала пропускают в виде паров модельные соединения из ряда нафтеновых, парафиновых, одноядерных и многоядерных ароматических углеводородов в порядке возрастания их адсорбционной способности, определяют изменение мольной энтальпии (ΔН) при адсорбции модельных соединений на испытуемом и стандартном углеродистом материале, разность по модулю величин ΔН для модельных соединений на испытуемом и стандартном углеродистом материале , отношение величины разности ΔН для каждого соединения к соответствующему значению ΔН для стандартного углеродистого материала и по средней величине этих отношений для всех модельных соединений судят о степени графитации углеродистых материалов. 2 табл.

где UH - изменение мольной энталпии при адсорбции одног из ряда использованных тестовых соединений на исследуемом (М) и стандартном (С) материале соответственно, i - число тестовых соединений (i- 1).

Пример 1. Тестовые соединения пропускают в порядке повышения, температур кипения (Т|() : бензол (Т ц 80°С), затем циклогексан (Тк 81°С), далее н-гептан (Тк 98°С) 1-метилнафталин (Тк 245ВС).

Стандартный материал - графит. Адсорбат - бензол, несорбирующийся компонент - воздух, расход (U) газа-носителя 100 мл/мин, детектор- катарометр, масса (т) адсорбента 11,8 г, длина колонки 2 м, диаметр колонки 3 мм, количество вводимой пробы 0,0045irO,0005 г.

Объемы удерживания (Vn) бензола на графите 2,40; 1}70; 1,00 при температурах (Т) 30; 40; 51;.62°С соответственно. Строят зависимость lg Vj, от 1/Т и определяют величину ДН 27,4 кДж/моль.

Повышают температуру термостата с 62 до 80°С (температура кипения бензола) и продувают слой адсорбен-

5

0

5

0

та гелием в течение 30 мин. Затем температуру понижают и повторяют операции, вводя в колонку циклогексан.

Адсорбат-циклогексан, несорбирующий компонент - воздух. Величины VL циклогексана на графите: 1,80; 1,40; 1,13; 0,80 смг/г при температурах 34; 45; 59; 75°С соответственно &Н 19,3 кДж/моль.

Повышают температуру термостата с 75 до 81°С и продувают слой адсорбента гелием в течение 30 мин,затем в колонку вводят н-гептан.

Адсорбат-н-г-ептан, несорбирующийся компонент - воздух. Значения V,, н-гептана на графите равны 3,25; 2,40; 1,48; 1,05 смэ/г при температурах 29; 40; 51; 63°С соответственно, Д. Н 31,2 кДж/моль.

Рассчитывают эффективный удельный удерживаемый объем, по соотношению Vn t -cjj/ш, где t - исправленное время удерживания, j - поправка на сжимаемость газа..

Повышают температуру термостата с 63 до 98°С и продувают слой адсорбента гелием в течение 30 мин, а затем вводят в колонку 1-метилнафталин.

Адсорбат - 1-метилнафталин, несорбирующийся компонент - воздух.Зна5 1

чения VA при адсорбции 1-метилнафталина на графите 5,52; 4,00; 2,95; 2,30 см3/г при температурах 160; 170; 180; 193°С соответственно. ДН 53,00 кДж/моль.

Аналогично определяют значения ДН при адсорбции тестовых соединений (бензол, циклогексан, н-гептан, 1-ме тилнафталин в смеси с воздухом) на промышленных графитированных электродах.

Рассчитывают степень упорядоченности (графитации) графитовых электродов, коксов, полукоксов, используя приведенную формулу. Результаты в сопоставлении с прототипом следующие (в знаменателе представлены , данные по прототипу).

С

Степень графитации, %

100,0/100 71,4/184,0

78,4/113,5 74,3/111,5

66,7/108,0 81,5/177,0

Пример 2„ Тестовые соединения пропускают в порядке повышения температур кипения: псевдоку- мол (Тк 169°С), затем н-декан (Т 174°С), далее тетралин (Тк 207°С).

Стандартный адсорбент - кварц. Адсорбат - псевдокумол, несорбирующийся компонент - циклогексан. Расход газа-носителя (гелия) 50 мл/мин масса адсорбента 42,01 г, длина колонки 2 м, диаметр колонки 4 мм, количество вводимой пробы 0,0045

±0,0005 г.

Объемы удерживания (V«) псевдо- кумола на кварце: 1,12; 6,70; 0,43; 0,30; 0520; 0,13; 0,09 смг/г при температурах 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130°С соответственно. Строят зависимость величин lg VQ от 1/Т и опре-/ деляют изменение мольной энтальпии ДН. ДН 48,8 кДж/моль.

396556

Затем температуру термостата повышают до температуры кипения псевдо- кумола (169°С).

Далее вводят следующий адсорбат - н-декан.

Адсорбат - н-декан. Несорбирующееся соединение - циклогексан.Объемы удерживания н-декана на кварце: 1,02; 10 0,65; 0,41; 0,28; 0,18; 0,13;

0,09 см3/г при температурах 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130аС соответственно. йН 46,5 кДж/моль.

Температуру термостата прибора J5 увеличивают до температуры кипения н-декана (174°С) и продувают слой адсорбента - кварца гелием в течение 30 мин. Затем температуру понижают до 100°С и вводят в колонку 20 тетралин.

Адсорбат - тетралин, несорбирующееся вещество - циклогексан. Объемы удерживания тетралина на кварце: 1,01; 0,70; 0S44; 0,31; 0,20; 0,16; 25 0,13; 0,10 см3/г при температурах 100; 110; 120; 130; 140; 150; 16р; 17С°С соответственно. ЛН 42,b кДж/моль. Слой кварца продувают гелием при температуре кипения тетралина 207°С 30 в течение 30 мин.

Аналогично определяют величины ЙН при адсорбции модельных соединений - псевдокумола, н-декана, тетралина на горных породах (кварц - Шарташский гранит, сланцево-битум- ные породы Южно-Коелгинского месторождения) и цеолитах.

Рассчитывают степень упорядоченности. Результаты представлены в табл.1.

35

40

5

0

5

Пример 3. Используют тестовые соединения, аналогичные представленным в примере 2. В качестве стандарта используют мрамор.

Адсорбат - псевдокумол. Несорбирующееся соединение - н-пентан. Объемы удерживания псевдокумола на мраморе: 1,30; 0,80; 0,56; 0,30; 0,21; 0,13 см3/г при температурах 58; 68; 75; 90; 115°С соответственно. ДН 47,6 кДж/моль.

Температуру термостата повышают со 115 С до температуры кипения псевдокумола (169й С) и продувают слой мрамора гелием в течение 30 мин, Затем устанавливают температуру измерения для следующего адсорбата н-декана.

Адсорбат - н-декан, несорбирующееся соединение - н-пентан. Объемы, удерживания н-декана на мраморе: 0,80; 0,42; 0,29; 0,18;0,10 см3/г при температурах 70; 85; 95; 108; 120°С соответственно. 4Н 52,7 кДж/ /моль.

Температуру термостата повышают со 120°С до температуры кипения н-де кана (174°С) и продувают слои мрамора гелием в течение 30 мин. После этого температуру понижают до 100°С и вводят в колонку тетралин.

Адсорбат - тетралин, несорбиру- ющееся соединение - н-пентан. Объемы удерживания тетралина на мрамо- ре: 0,68; 0,36; 0,18; 0,13 смэ/г при температурах 100; 118; 135; 143QC соответственно. ДН 53,8 кДж/моль.

Аналогично определяют величины АН при адсорбции модельных соединений - псевдокумола, н-декана, тет- ралина - на испытуемых горных породах - Богдановичский известняк,.кар- бонатно-битумной породе (Южно-Коел- гинск) , включающих СаСОа,.

Результаты определения величины ДН приведены в табл.2.

Формула изобретения

Способ определения структурных параметров зернистых материалов путем пропускания тестовых веществ в потоке газа при повышенной температуре через слой исследуемого и стандартного образца с последующим расчетом на основе параметров удерживания тестовых веществ структурных параметров материалов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, в качестве тестовых веществ используют парафиновые , нафтеновые, нафтено-ароматические и полиароматические углеводороды, пропускаемые в порядке повышения их температур кипения и в смеси с несорбирующимся соединением, а температуру колонки после пропускания одного из тестовых веществ повышают до температуры кипения другого тестового вещества.

Таблица 1