Устройство для дифференциальнотермического анализа Советский патент 1979 года по МПК G01N25/02 

1

Изобретение относится к области исследования химических и физических свойств веществ, а именно, к исследованиям с помош;ью калориметрических измерений нри химических реакциях. Изобретение может быть использовано для получения необходимых при разработке технологии и аппаратуры промышленных процессов данных по тепловым эффектам и кинетике жидкофазных реакций.

Известно устройство для дифференциаль-термического анализа при исследовании идкофазных химических реакций, выполненное в виде двойного калориметра, содержащего блок с термостатированными рабочей и сравнительной ячейками, датчики температуры и систему регистрации 1.

Недостатком этого устройства является невозможность проведения анализа при температурах ниже температуры плавления одного из реагентов.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для дифференциально-термического анализа при исследовании жидкофазных химических реакций, содержащее блок с рабочей и сравнительной калориметрическими ячейками, закрытый крыщкой и помещенный в термостат, систему датчиков температуры, нагреватели-калибраторы и ампулу с дозируемым реагентом, снабженную приспособлением для ее вскрытия {2.

Ампула или иной резервуар с дозируемым жидким реагентом помещается в калориметрическую ячейку или в термостат и температура дозируемого реагента при этом равна температуре второго жидкого реагента, находящегося в калориметрической ячейке. Такое устройство обеспечивает проведение дифференциального термического анализа при исследовании жидкофазных реакций только при температурах, когда оба реагента находятся в жидком состоянии. В том случае, если дозируемый реагент при температуре анализа находится в твердом состоянии и нуждается в расплавлении перед проведением реакции, устройство не обеспечивает проведения анализа. Это является недостатком рассмотренного

устройства.

Целью изобретения является проведение анализа при температурах ниже температуры плавления дозируемого реагента. Для этого в крыщке блока над рабочей и

сравнительной калориметрическими ячейками установлены снабженные нагревателями держатели с гнездами для ампул, причем стенки гнезд выполнены по форме ампулы. На фиг. 1 изображен схематично один

из возможных вариантов предлагаемого

устройства; на фиг. 2 - обогреваемый держатель.

Калориметрические ячейки 1 и 2, выполненные в виде сосудов Дьюара, помещены в алюминиевый блок 3, закрытый крышкой 4. Блок снабжен термостатированной рубашкой 5. Калориметрические ячейки оборудованы мешалками 6, приводимыми в движение двигателем с плавно регулируемым числом оборотов, простыми 7 и дифференциальной 8 термопарами и нагревателями-калибраторами 9. В крышке 4 над калориметрическими ячейками установлены обогреваемые держатели 10. По крайней мере в одном из держателей 10 установлена закрытая снизу пробкой 11 ампула 12 с приспособлением для ее вскрытия, состояш,им из штока 13 с головкой и пружины 14. Стенки гнезд для ампул выполнены по форме ампул и обогреватель 15 держателя может быть электрическим.

Устройство для дифференциально-термического анализа при исследовании жидкофазных химических реакций работает следующим образом.

Одинаковые количества жидкого реагента загружают в калориметрические ячейки 1 и 2, закрывают блок 3 крышкой 4 и термостатируют калориметр при температуре опыта посредством, например, прокачивания через рубашку 5 жидкости из термостата. Твердый дозируемый реагент загружают в ампулу 12, закрытую снизу пробкой И, изготовленной из материала, инертного но отношению к реагентам и выдерживающего нагрев до температуры, при которой проводится дифференциально-термический анализ. Заполненную ампулу помещают в гнездо обогреваемого держателя 10 над рабочей ячейкой. Вторая калориметрическая ячейка используется при этом как сравнительная. (В различных опытах в качестве рабочей ячейки может быть использована любая из двух калориметрических ячеек). Включают привод и при работающих мешалках 6 посредством нагревателей 9 устанавливают температуру жидкого реагента в обеих калориметрических ячейках, равной заданной температуре опыта. Замер температуры осуществляют простыми термопарами 7, показания которых непрерывно фиксируются самописцем. Затем включают обогрев обоих держателей 10. Обогрев может осуществляться при помощи электрического тока, прокачиванием через рубашку держателя теплоносителя или каким-лнбо иным способом.

Дифференциально-термический анализ может быть высоко качественным в том случае, если разность температур в рабочей и сравнительных ячейках, замеряемая термопарой 8 и фиксируемая непрерывно самописцем, при холостом ходе равна или близка нулю. Для создания одинаковых температурных условий и тем самым обеспечения качественного проведения анализа держатели 10 обогреваются как над рабочей, так и над сравнительной калориметрическими ячейками.

После выведения устройства при холостом ходе на устойчивую нулевую линию и расплавления дозируемого реагента в контакте с жидким реагентом, находящимся в рабочей калориметрической ячейке, при помощи штока с головкой 13 выбивают пробку 11 из нижней части ампулы. В результате химического взаимодействия реагентов в рабочей ячейке выделяется (или поглощается) тепло, вследствие чего увеличивается разность температур рабочей и сравнительной калориметрических ячеек. Эта разность температур, составляющая до 1°С, замеряется дифференциальной термопарой 8 и непрерывно фиксируется самописцем в

виде кривой, характеризующей выделение (или поглощение) тепла в ходе жидкофазной химической реакции. По окончании реакции разность температур рабочей и сравнительной ячеек становится постоянной и

самописец выписывает прямую, параллельную нулевой линии. Расстояние между ними является величиной, пропорциональной тепловому эффекту реакции, а кривая изменения разности температур ячеек во времени дает возможность рассчитывать кинетические параметры, относящиеся к температуре опыта.

При разработке и проектировании различных химических процессов, протекающих в жидкой фазе, необходимо знание тепловых эффектов реакций и их кинетических характеристик. Без этих данных невозможны создание теоретически обоснованной, высокоэффективной технологии и

расчет и разработка аппаратуры процесса. Если величина теплового эффекта для многих реакций может быть с большей или меньшей степенью точности определена аналитически с использованием данных по

теплотам образования и сгорания исходных и конечных продуктов реакции, кинетические параметры реакции могут быть onpfeделены только из экспериментальных данных. При изучении кинетики реакции по

изменению во времени концентрации одного из реагентов или по какому-либо иному параметру, пропорциональному концентрации, необходима постановка при каждой данной температуре, как минимум, пяти

экспериментов с различной продолжительностью реакции. Полученные пять точек являются в этом случае основой для построения кривой изменения изучаемого параметра по ходу реакции. Предложенное устройство для дифференциально-термического анализа позволяет получить все необходимые для каждой данной температуры кинетические характеристики реакции путем проведения лишь одного эксперимента. При

этом кривая изменения изучаемого пара