Пламенный колориметр для определения энтальпий сгорания и образования жидких хлоркремнийорганических и металлоорганических веществ Советский патент 1992 года по МПК G01N25/22 

Изобретение относится к термохимическому исследованию жидких элементоорганических (кремнийорганических, хлоркремнийорганических, металлооргани- ческих и т.д.) веществ, образующих при горении в кислороде твердый продукт (SI02, ZnO и т.д.), а именно к конструкции пламенного калориметра.

Известен пламенный калориметр, содержащий горелку Томсена, действующую по принципу керосиновой лампы. Горелка состоит из стеклянного резервуара, снабженного электрическим нагревателем и платиновой трубкой, через которую пропущены асбестовый фитиль и серебряная проволока, препятствующая охлаждению пара вещества.

Недостатком этого устройства является неприменимость его в элементоорганиче- ским веществам, образующим при горении твердые продукты, так как эти продукты закупоривают сопло горелки, что приводит к прекращению горения - неполному сгоранию.

Наиболее близким к изобретению явля- ется пламенный калориметр сжигания жидких элементоорганических (кремнийорганических и т.д.) веществ, образующих твердый продукт и не содержащих хлор. В сферической стеклянной камере сгорания, соединённой с посеребренным медным змеевиком, размещена кварцевая горелка с образцом сжигаемого жидкого вещества, асбестовым фитилем, сеVJ

Ю

Ј Ч

GJ

ребряной проволокой со спиралью. До начала горения сопло горелки закрыто (для предотвращения испарения жидкости) полиэтиленовой пленкой,от которой отведена хлопчатобумажная нить на нихромовую спираль накаливания. На горелку надето серебряное теплопередающее приспособление - трубка. Горелка с трубкой вставлена в теплоизолирующую кварцевую пробирку, закрепленную на крышке камеры сгорания. Ввод кислорода в камеру сгорания производится снизу по стеклянкой трубке. Путем электрического разряда от конденсатора на спираль накаливания поджигается хлопчатобумажная нить, а от нее - полиэтиленовая пленка и вещество. Наличие серебряной проволоки со спиралью приводит к тому, что при горении вещества его факел образуется на 1,5-3 мм выше сопла горелки и тем самым устраняется закупоривание сопла, что дает возможность достигнуть полноту сгорания вещества. Выход жидкости из резервуара при помощи фитиля и путем испарения улучшается при помощи трубки .с оттогнутыми лепестками к центру - тепло- пеоедающего серебряного приспособления, передающего тепло пламени резервуару горелки. Вывод из калориметра газообразного продукта (С02). по которому определяется масса сгоревшего вещества (за вычетом СОа, образующегося при сгорания хлопчатобумажной нити и полиэтиленовой пленки, от общего количества С02, образующего при горении веществ), осуществляется через газоотводящую трубку и змеевик, обеспечивающий полный тепловой обмен с калориметрической жидкостью (дистиллированной водой) прибора.

Недостатками известного калориметра являются неприменимость его для сжигания хлорсодержащих элементоорганиче- ских веществ, так как образующиеся газообразные продукты ( и HCI) химически взаимодействуют с посеребренным медным змеевиком и поглотителем (NaOH) .основного газообразного продукта (С02), что вносит недопустимо большую погрешность (15-20%), образующийся тонкодисперсный твердый продукт (например. S102) частично выносится из прибора и, задерживаясь в аналитических поглотительных трубках, изменяет (увеличивает) их вес, что также является источником погрешности.

Цель изобре тения. - снижение погрешности определения энтальпий сгорания и образования жидких хлоркремнийоргани- ческих и металлоорганических веществ, образующих при горении твердый продукт (например, SiCte) и агрессивные газообразные продукты (CI2 и HCI).

Указанная цель достигается тем, что колориметр дополнительно снабжен ПОГЛОТ.И- телем газообразных продуктов (CI2 и HCI), размещенным до змеевика, поглотителем

тонкодисперсных твердых продуктов (например, SI02), размещенным на выходе зме- евика, причем змеевик выполнен стеклянным, а теплопередающее приспособление - из серебряной проволоки, обмотаннрй вокруг горелки.

На чертеже представлен предлагаемый калориметр для сжигания в пламенном калориметре жидких хлоркремнийорганических и металлоорганических веществ, общий вид.

Калориметр состоит из стеклянной цилиндрической камеры 1 сгорания с припаянными к ней тремя опорными ножками 2,

стеклянного теплообменного змеевика 3 длиной 6 м и диаметром 5 мм, стеклянного цилиндра - поглотителя 4 газообразных продуктов CI2 и HCI, стеклянной трубки - поглотителя 5 тонкодисперсного твердого

продукта сгорания (например, 5Ю2), газо- подводящей 6 и газоотводящей 7 трубок, кварцевой горелки 8, серебряного теплопе- редающего приспособления - обмотки из тонкой серебряной проволоки 9 (диаметром 0,2 мм) вокруг кварцевой трубки 10 (толщиной 1,5 мм) с отходящими от нее серебряными лепестками 11 (толщиной около 1 мм) в количестве не менее четырех и спиралью 12 (толщиной 1,5-2 мм), металлической крышки 13 с токоподводами 14. На изготовление теплопередающего приспособления затрачивается около 3 г дорогостоящего серебра.

Эксперимент по определению энтальпий сгорания и образования приводят при стандартных условиях (26°С и 760 мм рт.ст.) следующим образом. Образец жидкого вещества 15 вводят при помощи шприца в резервуар горелки 8, в которую

вставляется асбестовый фитиль 16, обмотанный тонкой серебряной проволокой (d 0,1 мм) и параллельно - теплопринимающая серебряная проволока 17 (d 0,3 мм) с ушком на верхнем конце,

выходящая из сопла вверх на 2-3 мм. Для предотвращения испарения образца жидкого вещества сопло горелки 8 закрывается тонкой полиэтиленовой пленкой 18 (массой 0,0005-0,001 г), затянутая колечком 19 серебряной проволоки. При этом проволока 17 подпирается своим ушком к полиэтиленовой пленке и немного прогибается - пружинится. Горелка 8 с веществом 15 снизу вставляется в кварцевую трубку 10 теплопередающего приспособления и крепится в

кем при помощи припаянного к дну резервуара отростка - кварцевой трубки 10 с наплавленными на ней выступами в посеребренной медной спирали 20 (d 1,5 мм), отходящей от кварцевой трубки 10. Теплопередающее приспособление вставляется в теплоизолирующую пробирку 21 и крепится в ней за счет лепестков 11. В свою очередь, теплоизолирующая пробирка 21 вставляется в углубление металлической крышки 13. От полиэтиленовой пленки 18 на нихромовую спираль 22 накаливания отводится хлопчатобумажная нить

23(массой 0,0002-0,0005 г), Металлическая крышка 13 с собранной горелкой герметично ввинчивается снизу в металлическую трубку, прикрепленную к горлу камеры 1 сгорания при помощи эпоксидной смолы, которая сверху покрыта слоем битума.

Через отверстие крана 24 в стеклянный цилиндр 4 вводится шприцом 25 мл 1,5- 2,0%-ного раствора 26 гидразиндигидрох- лорида (№Н4 2НС1). Для лучшего контакта поглощаемых газов - С1а и HCI данным раствором цилиндр 4 заполняется узкой тефло- новой лентой 25. Стеклянная трубка 5 заполняется стекловатой 27 и присоединяется к концу стеклянного змеевика 3, Кран

24закрывается. Затем устройство помещается в калориметрическую жидкость (дистиллированную воду) калориметра сжигания. Калориметр заранее отградуирован, т.е. определен энергетический эквивалент по стандартным образцам с известной теплотой сгорания. Кислород в камеру 1 сгорания подается по стеклянной газоподводя- щей трубке 6. Поджигание образца исследуемого жидкого вещества 15 производится путем разряда конденсатора на нихромовую спираль 22 накаливания. При загорании полиэтиленовой пленки 18 от хлопчатобумажной нити 23 проволока 17 выпрямляется и ее ушко выходит наружу из сопла на 1,5-2 мм, передаеттепло от пламени в резервуар для испарения жидкости образца из резервуара горелки 8, а также из фитиля 16. Лепестки 11 и спираль 12 передают тепло от пламени вниз по обмотке 9, нагревая тем самым резервуар с жидким образцом.

Смесь газов, выходящих из камеры 1 сгорания через трубку 7, поступает в

цилиндр 4 с водным раствором 25 N2H4 2HCI, где происходит поглощение газообразных CI2 и HCI. Далее газ, состоящий теперь из С02 с избытком кислорода, проходит через стеклянный теплообменный змеевик 3 и выходит из калориметра сжигания наружу по трубке 5, в которой он очищается от частиц тонкодисперсного твердого продукта (на0 пример, от SlOa). Этот очищенный газ поступает в поглотительные аналитические трубки для точного количественного определения . По окончании эксперимента калориметрическая система раз5 бирается в обратном направлении ее сборки. Раствор 25 из поглотителя 4 анализируется на NH4 , CI , МОз -ионы и остаток N2H4-2HCI.

Погрешность эксперимента составляет

0 (из серии 6-8 удачных опытов с доверительным интеовалом 95%)около ±0,2-0,5%.

Предлагаемое изобретение по сравнению с Известным позволяет определять энтальпии сгорания и образования жидких

5 хлоркремнийорганических и металлоорга- нических веществ, а также практически любых других элементоррганических веществ методом пламенной калориметрии.

30

Формула изобретения

Пламенный калориметр для определения энтальпий сгорания и образования жидких хлоркремнийорганических и

металлрорганических веществ, содержащий камеру сгорания, снабженную теплооб- менным змеевиком, газоподводящей и газоотводящей трубками, горелкой с фитилем, вставленной в серебряное теплопередающее устройство и теплоизолированной от объема и крышки камеры сгорания, отличающийся тем, что, с целью снижения погрешности определения энтальпий, он дополнительно снабжен поглотителем газообразных продуктов, размещенным до змеевика, поглотителем тонкодисперсных твердых продуктов, размещенным на выходе змеевика, причем змеевик выполнен стеклянным, а теплопередающее приспособление выполнено из серебряной проволоки, обмотанной вокруг горелки.

JJj

ЈЈzzzzz2

;;

Изобретение м.б. использовано для определения энтальпий сгорания и образования элементоорганических веществ. Цель - снижение погрешности определения энтальпий. Для этого предлагаемый калориметр снабжен поглотителем агрессивных газов, расположенным перед входом в теплообменный змеевик, и поглотителем тонкодисперсных твердых частиц, размещенным на выходе змеевика. Змеевик выполнен из стекла. Теплопередача от пламени к корпусу горелки осуществляется посредством серебряной проволоки, обмотанной вокруг горелки. 1 ил.