Способ термогравиметрического анализа веществ Советский патент 1980 года по МПК G01N25/24 

Изобретение относится к способам определения зольности и теплотворной способности топлива, зерна, муки, а именно к способам определения веса золы и теплотворной способности навески угля при его сжигании и моясет использоваться в угольной, сельскохозяйственной и др. областях промышленности. Известен способ термогравиметрического анализа, основанный на измерении веса негорючего остатка, образующегося при прокаливаний навески угля в атмосфере воздуха 1 . Такой способ предполагает взвешивание навески угля на аналитических весах, установку навески в муфельную .печь, прокаливание навески-в атмосфере воздуха, охлаждение негорючего остатка навески, взвешивание негорючего остатка на аналитических весах и расчет зо.пьности навески по формуле. Основными недостатками известного способа является их большая трудоемкость и низкая экспрессность. Указанные недостатки частично уст ранены в способе термографиметричес,кого анализа веществ, где производит ся непрерывное взвешивание в процессе сжигания. Известен способ термогравиметрического анализа вещестЁ путем ежи гаНИН образца в камере с кислородом и непрерывной регистрации из.менений температуры и веса образца в процессе исследования 2 . Недостатком этого способа является длительность и ошибки за счет того, что образец сжигают в печи при и показания весов нестабильны. Цель изобретения - ускорение анализа и повышение точности определения. Поставленная цель достигается тем, что сжигание производят путем кратковременного импульса, локализованного на образце высокочастотного магнитного поля при постоянном для всех образцов количестве кислорода в герметичной камере, и определяют теплотворную способность по скорости изменения температуры в камере. Сущность способа состоит в том, что при наложений переменного электрического поля на навеску угля в частичках угля появляется ток смещения, вызванный их поляризацией, и ток проводимости, обусловленный наличием в

угле, свободных электрически заряженных частиц. Протекание суммарного тока приводит к выделению тепла. Нагрев навески угля высокочастотным электромагнитным полем может осуществляться как в поле конденсатора от высокочастотного генератора (фиг. 1), так ив поле объемного резонатора от магнетрона .

На фиг. 1 схематически показано, устройство для реализации способа; на фиг. 2 - типовая зависимость веса сгоревших к моменту t элементов у; на фиг. 3 - типовая зависимость температуры Т от времени t.

Навеска (фиг. 1) исследуемого продукта 1 находится на грузоприемной чгиаке 2 автоматических весов 3. Автоматическиевесы с навеской исследуемого продукта установлены в камере сгорания 4. Показания автоматических весов 3 могут регистрироваться самопишущим прибором 5. Навеска исследуемого продукта 1 находится в высокочастотном электрома.гнитном поле конденсатора, пластины б и 7 которого подключены к высокочастотному генератору 8 и создают вокруг навески локализованное поле. Расположенные вблзи навески термоэлектроды 9 и 10 подключены к самопишущему прибору 11. В камеру сгорания 4 с помощью дозатора 12 могут подаваться порции кислорода от баллона 13.

Осуществляется способ следующим образом. . .

НавескуI исследуемого продукта 1 помещают на грузоподъемную чашку 2 автоматических весов 3. Значение начального веса навески Р, фиксируют самопишущим прибором 5. Затем закрывают камеру сгорания 4, с помощью дозатора 12 вводят в камеру определенное количество кислорода из баллона 13, и на фиксированное время , включают высокочастотный генератор 8 Пластины конденсатора 6 и 7 создают йа навеске 1 локализованное высокочастотное электромагнитное пЬле, под действием которого происходит очень быстрый нагрев и сгорание навески 1. Номент включения высокочастотного генератора 8 фиксируют. На автоматических весах 3, которые производят непрерывное взвешивание навески, определяют убыль веса золы у, , за врем t и убыль веса золы у за время t . Затем вес золы 2 устанавливают по формуле

У

(1)

2у, -У2 Применимость формулы (1) для определения веса золы обусловлена тем, что зависимость веса сгоревших элементов у от времени сгорания t (фиг. 2) близка к экспоненциальной и может бытб аппроксимирована уравнейием вида: :. ,

У У(, (1 - е- ) , (2)

где у - вес незольных элементов в навеске исследуемого продукта;

b - коэффициент, учитывающий

инерционные и другие.свойства устройства для реализа.ции способа.

Одновременно с определением веса золы с помощью показанного на фиг.1 устройства определяют теплотворную способность исследуемого продукта. Для этого с помощью термопары., состощей из расположенных вблизи навески термоэлектродов 9 и 10, производят непрерывное измерение температуры Т, значения которой в различные промежутки времени фиксируются на.ленте самопишущего прибора 11. Возможность определения теплотворной способности обусловленатем, что повышение температуры в камере сгорания 4 вызвано двумя причинами: во-первых, нагревом навески исследуемого продукта 1,куда расходуется энергия высокочастотного генератора 8; во-вторых, сгоранием навески исследуемогр продукта 1 При постоянном начальном весе навески РО const с известной теплоемкостью и фиксированном времени, на которое включается гысокочастотный генератор- 8, первая причина приводит каждый раз к одинаковому изменению температуры в камере сгорания. Повышение температуры в камере от сгора,ния навески однозначно определяется теплотворной способностью исследуемого продукта. На фиг . 3 показана т.иповая зависимость температуры Т в камере сгорания от времени t (отсчет времени t начинается от момента включения высокочастотного генератора). Зависимость Т f(t) может быть также аппроксимирована уравнением вида:

т о(1 - е), (3) где Тр - установившаяся з камере сгорания температура после сжигания навески; с - коэффициент, учитывающий

инерционные свойства и другие свойства устройства и начальный вес PQ .

Тогда теплотворную способность исследуемого продукта можно рассчитать, например , по следующей формуле:

С)

д. к., - К2ДТ + ,,

свободный член управления

к. - (дж/кг); . коэффициейты,учитывающие

Кп , к. инерционные и другие свой. сгва установки, термоэлектродов и начальный вес PQ (дж/кг.град.);

ДТ,

-повышение температуры к моменту t (град) ; .

дт„

-повышение температуры к моменту tj (град) .

Значение коэффициентов к,,к, определяют в процессе градуировки устройства, для чего производят сжигание навесок с известными теплотворными способностямии в координатах Q,ЛТ ATj по методу наименьших квадратов строят прямую по уравнению (k). Из полученного графика определяют к,, к,, и Kj. Предлагаемый способ повьлшает экс. прессность и снижает погрешность определения веса золы (зольности). Экс .прессностьповышается за счет того., что в высокочастотном электромагнитном поле каждая частичка угля(незавиЬимо от того, находится ли она на поверхности или внутри навески) нагревается одинаково, а также за счет повышенного содержания кислорода в камере сгорания. Точность определения зольности повышается: во-первых з.а счет локального нагрева навески угля, при котором нагрев деталей автоматических весов незначителен и не влияетна точность взвешивания, во. вторых/за счет хорошей стандартизаци1; услрвий сжигания, которая достйгается легкой герметизацией камеры сгорания в условиях невысоких температур конструктивных элементов камеры сгорания Кроме того, преимуществом предлагаемого способа, по сравнению .с известным, является то, что нагревательная установка, включается лишь на малое время, т.е. не требуе.тся предварительный нагрев камеры сго.рания ка:к в муфельной печи, и нагрев навески производится непосредственно

Фиг. / а не через разогретый воздух в камере сгорания. При этом упрощается анализ, повышается надежность устройства для определения зольности и уменьшается потребляемая устройством энергия. Кроме того, одновременно с изменением веса золы производят измерение теплотворной способности, которое при других способах требует применения специальных калориметрических бомб и является длительным и трудоемким. Формула изобретения Способ термогравиметрического анализа веществ путем сжигания образца в камере с кислородом и непрерывной регистрации изменений температуры и веса образца в процессеисследования, отличающийся тем, что, с целью ускорения и повышения точности анализа, сжигание производят путем кратковременного импульса локализованного на образце высокочастотного магнитного поля при постоянном для всех образцов количестве кислорода в гёрмётйчнбй камере и определяют теплотворную способность по скорости изменения температуры в камере. Источники информации, принятые во внимание при экспер-Гизе .. 1. ГОСТ 11022-64. 2. Paulie F. and other Anal Chem 66, 1958, p. 241 (прототип).

Т,

71 7g

4 Т/

ч г

Фаг.з

niLh