Способ термогравиметрического анализа веществ

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ссноз Советскик

Социалистическик

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву с (22) Заявлено 011277 (21) 2549857/18-25 (51) М. Кл. с присоединением заявки ¹

С 01 И 25/24

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150780, Бюллетень ¹ 26 (53) УДК 5 4 3 . 5 4 4 (088.8) Дата опубликования описания 180780 (72) Авторы изобретения

Л.П. Старчик, A.М. Онищенко, Ю.A. Онищенко, A.È. Кузнецова, П.И. Грабов и Г.И. Герасимова

Комплексный научно-исследовательский и проектноконструкторский институт обогащения твердых горючих ископаемых (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМОГРАВИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

ВЕЩЕСТВ

Изобретение относится к способам. определения зольности и теплотворной способности топлива, зерна, муки, а именно к способам определения веса золы и теплотворной способности на.вески угля при его сжигании и может использоваться в угольной, сельско-хозяйственной и др. областях промышленности.

Известен способ термогравиметрического анализа, основанный на измерении веса негорючего остатка, образующегося при прокаливании навес- ки угля в атмосфере воздуха P) . 15 Такой способ предполагает взвешивание навески угля на аналитических весах, установку навески в муфельную, печь, прокаливание навески в атмосфере воздуха, охлаждение негорючего 20 остатка навески, взвешивание негорючего остатка на аналитических вЕсах и расчет зольности навески по формуле.

Основными недостатками известного 2 . способа является их большая трудоемкость и низкая экспрессность.

Укаэанные недостатки частично устранены в способе термографиметричес,кого анализа веществ, где производит-30 ся непрерывное взвешивание в процессе сжигания.

Известен способ термогравиметрического анализа веществ путем сжига- ния образца в камере с кислородом и непрерывной регистрации изменений температуры и веса образца в процессе исследования (2) .

Недостатком этого способа является длительность и ошибки эа счет того, что образец сжигают в печи при

800оС 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 наложении переменного электрического поля на навеску угля в частичках угля появляется ток смещения, вызванный их поляризацией, и ток проводимости, обусловленный наличием в

748209

-Ы у=у,(1-e ), (2) 65 угле свободных электрически заряженных частиц. Протекание суммарного тока приводит к выделению тепла. Нагрев навески угля высокочастотным электромагнитным полем может осу1, ществляться как в поле конденсатора от высокочастотного генератора (фиг. 1), так и в 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

Навеска (фиг. 1) исследуемого продукта 1 находится на грузоприемной f5 чашке 2 автоматических весов 3. Автоматические весы 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 электромагнитном поле конденсатора, пластины б и 7 которого подключены к высокочастотному генератору 8 и создают вокруг навески локализованное поле. Расположенные вблизи навески термоэлектроды 9 и 10 подключены к самопишущему прибору 11.

В камеру сгорания 4 с помощью дозатора 12 могут подаваться порции кис- Зо лорода от баллона 13..

Осуществляется способ следующим образом.

Навеску исследуемого продукта 1 ! помещают на грузоподъемную чашку 2 35 автоматических весов 3. Значение начального веса навески Р фиксируют самопишущим прибором 5. Затем закрывают камеру сгорания 4, с помощью дозатора 12 вводят в камеру опреде- gp ленное количество кислорода иэ баллона 13, и на фиксированное время:включают высокочастотный генератор 8.

Пластины конденсатора б и 7 создают йа навеске 1 локализованное высокочастотное электромагнитное поле, под действием которого происходит очень быстрый нагрев и сгорание навески 1. момент включения высокочастотного генератора 8 фиксируют. На автоматических весах 3, которые производят ® непрерывное взвешивание навески, определяют убыль веса золы у, за время и убыль веса золы у за время

Затем вес золы Z устанавливают по фОрмуле

2.

Z = P - У" (1) гу„у

Применимость формулы (1) для определения веса золы обусловлена тем, что зависимость веса сгоревших элементов 0 у от времени сгорания t (фиг. 2) близка к экспоненциальной и может быть аппроксимирована уравнейием вида: где у — вес незольных элементов в о навеске исследуемого продукта, b — коэффициент, учитывающий инерционные и другие.свойства устройства для реализации способа.

Одновременно с определением веса эолы с помощью показанного на фиг.1 устройства определяют теплотворную способность исследуемого продукта.

Для этого с помощью термопары., состоящей из расположенных вблизи навески 1 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 обусловлена -тем, 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 исследуемого продукта 1.

При постоянном начальном весе навески Po = const с известной теплоемкостью и фиксированном времени, на которое включается высокочастотный генератор- 8, первая причина приводит каждый раэ 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 типовая зависимость температуры Т в камере сгорания от времени с (отсчет времени t начинается от момента включения высокочастотного генератора).

Зависимость Т = Г(t) может быть также аппроксимирована уравнением вида:

Т = Т (i — Е"), (3) где Т вЂ” установившаяся в камере сгоранйя температура после сжигания навески, с — коэффициент, учитывающий инерционные свойства и другие свойства устройства и начальный вес Р

Тогда теплотворную способность исследуемого продукта g можно рас читать, например, по следующей формуле:

9 2 Т„+ к, г Т2, (4) где к — свободный члей управления

1 (дж/кг); к,K — коэффициейты,учитывающие инерционные и другие свой. ства установки, термоэлектродов и начальный вес P (дж/кг.град.);

АТ вЂ” повышение температуры к

1 моменту с„(град); дТ вЂ” повышение температуры к

2 момЕнту t2 (град) .

Значение коэффициентов к,,к2 1(определяют в процессе градуировки устройства, для чего производят сжигание

748209 навесок с известными теплотворными способностями и в координатах g,ëÒ,, аТ> по методу наименьших квадратов строят прямую по уравнению (ч). Из полученного графика определяют к,, К2 и КЪ 5

Предлагаемый способ повышает экспрессность и снижает погрешность оп- . ределения веса золы (зольности). Экс.прессность повышается за счет того, что в высокочастотном электромагнит ном поле каждая частичка угля(независимо 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

1 за счет локального нагрева навески угля, при котором нагрев деталей автоматических весов незначителен и не 20 влияет на точность взвешивания, вовторых,за счет хорошей стандартизации условий сжигания, которая дости. гается легкой герметизацией камеры сгорания в условиях невысоких темйе- 25 ратур конструктивных элементов камеры сгорания. Кроме того, преимуществом предлагаемого способа, по сравнению с известным, является то, что нагревательная установка. включается 30 лишь на малое время, т.е. не требует-, ся предварительный нагрев камеры сгорания как в муфельной печи, и нагрев навески производится непосредственно, 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 процессе исследования, отличающийся тем, что, с целью ускорения и повышения точности анализа, сжигание производят пу- тем .кратковременного импульса локали- зованного 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.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. ГОСТ 11022-64.

2. Paulic F. and other "Anal Chem"

1бб, 1958, р. 241 (прототип).

748209

2 мии

Тираж 1019 . Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР.по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4351/10

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Воробьев

Редактор Н. Горват Техред А, Кулйковская Корректор В. Синицкая