Проточный калориметр

 

ПРОТОЧНЫЙ КАЛОРИМЕТР, содержащий измерительную ячейку с объ емной линией задержки,, реакциогнный смеситель и термобатарею, о т лич ающий.ся тем, что, с целью сокращения времени измерения и упрощения устройства, объемная линия задержки выполнена в виде емкости с изменяемым .объемом, образованной полой втулкой, в которой установлен с .возможностью вращения и продольного перемещения цилиндрический вкладьаш, на наружной поверхХности которого выполнена винтовая канавка, причём втулка имеет внутренний выступ, входящий в винтовую канавку, а реакционный смеситель .размещен в выступе втулки. (Л оо Ч Ч СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

У5Ц С 01 К 17/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ,(21) 3388402/18-10 (22) 22.01.82 (46) 23.04.83, Бюл. М 15 (72) Д.A.Tàéö, Ю.И,Яновский, Б.A.Ãîлубев и В.Г.Карпов (71) Государственное специальное конструкторское бюро теплофизического приборостроения (53 ) 536. 532(088.8) (56) 1. Проспект фирмы Т КВ, Швеция, Стокгольм, 1977, с. 82-83.

2. Авторское свидетельство СССР

9 851229, кл. С 01 N 25/48, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

9 723401, кл. С» 01 К 17/08, 1978 (прототип ).

„„SU„„1013773 A (54)(57) ПРОТОЧНЫЙ КАЛОРИМЕТР, со держащий измерительную ячейку с объ; емной линией задержки, реакционный смеситель и термобатарею, о тл и ч а ю щ и и .с я тем, что, с целью сокращения временй измерения и упрощения устройства, объемная линия задержки выполнена в виде емкости с изменяемым .объемом, образованной полой втулкой, в которой установлен с .воэможностью вращения и продольного перемещения цилиндрический вкладыщ, на наружной поверх ности которого выполнена винтовая канавка, причем втулка имеет внутренний выступ, входящий в винтовую канавку, а реакционный смеситель размещен в выступе втулки. 1013773

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для усовершенствования проточных калориметров.

Известен дифференциальный проточный калориметр, содержащий ячейку, выполненную в виде гидравлического канала, окруженного термобатареями, помещенными в тепловыравнивающее массивное тело. На входе гидравлического канала установлен реакционный смеситель, в котором смешиваются реагенты. Смесь вместе с продуктами . реакции движется вдоль ячейки и по мере взаимодействия реагентов происходит выделение теплоты. Суммарная 15 теплота реакции регистрируется тепломерами — термобатареей (1 .

Недостатком устройства является отсутствие возможности измерения интенсивности выделения теплоты реакции (теплокинетики ), Известен также проточный калориметр, содержащий проточную ячейку, реакционный смеситель и тепломеры (термобатарея ), расположенные по 25 длине ячейки. Измеряют сигнал термо-ЭДС со всех тепломеров и с по. мощью электрического отвода — сигнал термо-ЭДС с части тепломеров, расположенных на начальном участке ячейки. Отношение сигналов дает

cooTHoILåíèå теплоты реакции за время д (время нахождения реагентов . в смеси ) к полной теплоте реакции. Меняя подачу реагентов, изменяют и и получают зависимость выделяемой теплоты реакции от времени (2 j, Недостатком калориметра является необходимость изменения подачи реагентов с фиксацией и нормированием каждой подачи. Точность выполнения этих операций должна быть не меньше точности измерений, Наличие дополнительного отвода усложняет термобатарею и снижает ее надежность °

Наиболее близким по технической 45 сущности и достигаемому результату к предлагаемому является проточный калориметр, содержащий проточную ячейку с объемной линией задержки, реакционный смеситель. Проточная ячейка имеет последовательно соединенные емкости с рядом термобатарей.

С помощью устройства исследуется степень полноты реакции и кинетика процесса (3 ).

Недостатками калориметра являются

его сложность, ограниченное число точек измерения кинетики, а также большие габариты измерительного узла калориметра и невозможность обеспечения изотермичности.

Целью изобретения является сокращение времени измерения и упрощение устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем проточ- 65 ную ячейку с объемной линией задержки, реакционный смеситель и термоба- тарею, объемная линия задержки выполнена в виде емкости с изменяемым объемом, образованной полой втулкой, в которой установлен с возможностью продольного перемещения и вращения цилиндрический вкладыш, на наружной поверхности которого выполнена винто вая канавка, причем втулка имеет внутренний выступ, входящий в винтовую канавку, а реакционный смеситель размеден в выступе втулки.

Выполнение калориметра в предлагаемом виде позволяет упростить устройство, уменьшить его габариты и обеспечить воэможность исследования кинетики со сколько угодно малым шагом.

На фиr. 1 показано предлагаемое устройство, общий вид ; на фиг. 2.— конструкция проточной ячейки; на фиг. 3, — график зависимости интенсивности выделяемой теплоты реакции от времени нахождения реагентов в. смеси.

В тепловыравнивающем теле 1 (фиг. 1) имеется гидравлический канал — реакционная ячейка 2, вдоль которой расположена термобатарея, составленная иэ тепломеров 3. На фиг. 1 емкость с изменяемым объемом показана для упрощения, как цилиндрическая емкость 4 с поршнем 5. На одном конце емкости 4 закреплен смеситель 6 реагентов А и Ь . На другом конце емкости 4.предусмотрен выход реагентов из емкости. Этот выход подключен к входу в ячейку 2.

Емкость с изменяемым объемом 4 выполнена (фиг. 2 ) в виде полой втулки

7, в которую плотно вставлен вкла- дыш 8. Вкладыш 8 имеет возможность продольного перемещения и вращения.

На наружной поверхности вкладыша 8 выполнена винтовая канавка 9.

Втулка 7 размещена в тепловыравнивающем теле 1. В винтовую канавку

9 входит выступ 10, внутри которого размещен реакционнйй смеситель 6 реагентов A и 5.

Устройство работает следующим образом.

Жидкие реагенты поступают в смеситель 6 емкости 4 (фиг, 1 ).

Время нахождения реагентов T начиная с момента смещения в емкости 4, определяется ее объемом и величиной подачи, а именно

Ч 4 6 где Ч вЂ” объем емкости;

Я + Я - суммарная объемная подача реагентов.

После выхода из емкости 4 реагенты входят в гидравлический канал реакционной ячейки 2. К моменту

1013773

15

Я= с (т)д ь, 30

40

55

65 входа в реакционную ячейку 2 реагенты уже находятся в контакте на протяжении времени 1 (фиг. 3 ). ПребыВание в реакционйой ячейке 2 начинается с моментов времени ) ь"

Начиная с интервала Ч; и. до пол1 ного завершения химического процес- са, происходит измерение выделяемой теплоты реакции в ячейке 2. Таким образом, в реакционной ячейке 2 происходит измерение не полной теплоты реакции от начала ее выделения в момент = О, а части теплоты а11 начиная с временит„ .т.е.

Ь1 где cj(i) - интенсивность выделения теплоты реакции.

Емкость с изменяемым объемом 4 является объемной линией задержки.

С помощью поршня 5 изменяют объем емкости - . и, соответственно, изменяют время пребывания реагентов в смеси (время реакции ) до попадания их в реакционную ячейку 2. Такйм образом., для каждого установленного объема V< существует свой интервал времени и соответст1 венно теплота Q которая является функцией С1. Набор значений Q является величинами теплот реакции для исследуемой части процесса с момента времени „ до прекращения реакции. Величину исследуемой части реакции можно регулировать, задавая начало исследования а„ = О

EV. = О) до любого i, т.е. йачала

А выбранного интервала хода реакции.

Производная от Q(i)по времени являегся интенсивностью процесса вы,деления теплоты для момента или q,(i) (интенсивность теплоты реак1 ции в момент i ) . Разность двух теплот, взятых (фиг. 3 ) для начала измерения от 1,2 и %1 (любые два."— соседних эначейия ) (-.а)=©("„)- („)—

50 есть теплота, выделившаяся за интервал д =Т -С к моменту времени

13 12

Г . Отсюда среднее значение интен:сивности выделения теплоты реакции

И за интервал вГ

Q(i )-Q(

Я,(Ь )—

1Ъ 12 что и является искомой величиной.

Уменьшая интервал Ва можно получить. нужное приближение среднего значения производной (термокинетики )к истинному.

Изменение объема емкости 4 в уст:ройстве осуществляется (фиг. 2) вра,щением цилиндрического вкладыша 8, выполняющего роль поршня 5 (фиг. 1) .

Положение выступа 10 относительно образующей винтовой канавки 9 меня-ется и можно установить любую длину этой канавки от входа реагентов в смеситель б до их выхода из емкости 4 и соответственно любой объем переменной емкости 4.

Общий габарит устройства невелик.

На цилиндрическом вкладыше диаметром 40 мм и высотой 50 см размеща ется канал, длиной 100-150 см ем-костью до 20 мл, Установка и нормирование размера объема однозначно связаны с числом оборотов цилиндра и углом его поворота, т.е, управление, объемом весьма просто (например при подключении ЭВИ).

Реализация предлагаемого решения позволяет обеспечить непрерывное измерение простыми средствами термокинетику физико-химического процесса в проточном микрокалориметре, причем исследовать процесс выделения теплоты во время реакции с угодно малым шагом. При этом нет необходимости изменять подачу реагента, т.е. весьма упрощается насосная система.

Благодаря тому, что расход реагентов в процессе измерения термокинетики не меняется, гидродинамические

:условия опыта сохраняются, что в свою очередь повышает точность измерения.

Выполнение линии задержки с изменя емым объемом открывает возможность ,термокинетического измерения в одном калориметре при одном опыте при сохранении всех существенных действующих факторов, в частности скорости подачи реагента и концентрации перед началом реакции.

Положительный эффект от использования предполагаемого изобретения может быть подтвержден следующими данными.

При изменении объема линии задержки, не меняя подачи насосами в течение одного опыта, можно выполнить срезы по времен; с 50 до 1500 с через каждые 20-50 с, меняя время задержки (объем )через 2-5 мин. Весь

:опыт займет 500 мин (8-10 ч, с учетом однократного ввода в режим 15 ч).

Если бы аналогичный по объему полученной информации опыт был бы пла- .нируем обычным устройством, пот:ребовалось бы выключение калориметра-и установка специального объема-задержки для каждой точки временного среза. Для обычного проточного калориметра ввода и вывод в режим занимают не,менее 3-4 ч и на весь опыт потребовалось бы не ме1013773 фм8. 3

Составитель Н. Горшкова

Редактор Т. Киселева Техред Л.Пекарь Корректор B. Гирняк

Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3002/49 г

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 нее 300 ч рабочего времени операто ра и прибора.

Применение устройства повышает объем информации иэ опыта, улучшает условия опыта, качество измере-ния, повышает производительность .труда за счет сокращения на порядок времени измерений.