Способ определения теплоемкости дисперсных материалов

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий увлажнение исследуемого образца , определение разности потерь веса жидкости при испарении с наружным образцом и без него за определенный промежуток времени, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса измерения и сокращения времени определения теплоемкости , исследуемый образец при комватной температуре увлажняют жидкостью с низкой теплотой парообразования до влажности 10-25%, испарение жидкости ведут путем экспоненциального понижения остаточного давления над материалом до снижения температуры материала на 10-30 С с одновременной фиксацией температуры и массы, по которому рассчитывают влажность материала, а искомую величину С, определяют по формуле См-iU -UuC . Г. rrot(.Cn-C Uic-273)1 С. . L iv(C,-C Va«-273)jcnс &U и,-и, - величина влагосъема , %; - теплоемкость жид (Л кости и пара, Дж/(кг К); UH,U|,; - начальная-И конечная влажность материала , КГ/КГ, Л гр пп начальная и конеч И ная температуры, Kj скрытая теплота паГ„ рообразования измеряемой жидкости при а , Дж/кг. 00 00 Ni::

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (1)1 G 01 N 25/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ИВЛИЦ(,; ния до влажности 10-257, испарение жидкости ведут гутем экспоненциального понижения остаточного давления над материалом до снижения темперао, туры материала на 10-30 С с одновременной фиксацией температуры и массы по которому рассчитывают влажность материала, а искомую величину С„ определяют по формуле с„, -u„c го (со <»;)(Tq 2г3)1 с» н 1 .г,+ (С,-С,„1 Р, 2г 3) ) С„- С

U„-U (величина влагосъема, Х; теплоемкость жидкости и пара, Дж/(кг К), начальная и конечUH тз„

Т„,Т„

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3663775/24-25 (22) 16.11.83 (46) 23.07.85. Бюл. Р 27 (72) P.Ã.Ñàôèí, Л.Г.Голубев,, В.А.Лабутин и В.А.Лашков (71) Казанский ордена Трудового

Красного Знамени химико-технологический институт им. С.М.Кирова (53) 536.63(088.8» (56) 1. Авторское свидетельство СССР

)) 463050,кл. С 01 N 25/20, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 342119, кл. G 01 N 25/20, 1970 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий увлажнение исследуемого образца, определение разности потерь веса жидкости при испарении с наружным образцом и без него за определенный промежуток времени, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения процесса измерения и сокращения времени определения теплоем" кости, исследуемый образец при ком-: натной температуре увлажняют жидкостью с низкой теплотой парообразова" ная влажность материала, кг/кг; начальная и конечная температуры, К1 скрытая теплота парообразования измеряемой жидкости при

О С, Дж/кг.

1168841

Изобретение относится к исследованию теплофизических характеристик твердых материалов.

Известен способ определения теплоемкости, при котором исследуемый и эталонный образцы нагревают в сопоставимых условиях, регистрируют изменение во времени среднеобъемных температур, определяют разность мощкостей, выделенных на поверхностях образцов и определяют теплоемкость исследуемого образца по уравнению баланса тепла {1) .

Недостатками способа являются сложность и длительность процесса определения теплоемкости. Кроме того, для определения теплоемкости образца по уравнению баланса тепла необходимо измерить мощности, выделенные на поверхности каждого образца, 2п их среднеобъемные температуры, что увеличивает затраты времени определения искомой величины и усложняет процесс измерения.

Наиболее близким техническим ре- 25 шением к изобретению является способ определения теплоемкости метериалов путем определения веса и температуры образца, прогружения его в кипящую жидкость, определения разности потерь веса жидкости при испарении пос-, ледовательно с погруженным образцом: и без образца за определенный промежуток времени и вычисления теплоемкости,по известной зависимости (2) .

Недостатками известного способа являются ограниченность использования способа, длительность определения теплоемкости и сложность процесса измерения, обусловленные тем, что определение расчетного времени измерения,а затем теплоемкости материала по расчетному времени, включающие последовательное определение веса испарившейся жидкости с погруженным образцом и затем свободно кипящей жидкости, увеличивают затраты времени на определение теплоемкости, а использование для исследования жидкости, кипящей при атмосферном давлении, усложняет измерение и влияет на их точность. Кроме 5О того, для осуществления способа не- . обходимо чтобы температура исследуемого образца поддерживалась постоянной и была выше температуры кипящей жицкости, в противном случае при погружении образца испарения не будет. Это также усложняет и ограничивает применение способа. где 4U = U — U

С,„, C„ величина влагосъема, %. теплоемкость жидкости и пара, Дж/(кг К), начальная и конечная влажность материала, кг/кг; начальная и кот„,т нечная температуры материала, К;: скрытая теплота парообразования измеряемой жид0 кости при 0 С, Дж/кг.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для определения теплоемкости, на фиг. 2 — зависимость теплоемкости дисперсного материала от величины влагосъема.

Дисперсный материал, теплоемкость которого необходимо определить, берется при комнатной температуре.

Это не требует дополнительных затрат времени на создание в материале ка. кой-либо начальной температуре.

Увлажнение дисперсного материала низкокипящей жидкостью, имеющей низкую теплоту парообразования, неД обходимо для достижения высокой

Целью изобретения является упрощение процесса измерения и сокращения времени определения теплоемкости.

Указанная цель достигается гем, что согласно способу определения средней удельной теплоемкости дисперсных материалов, включающему контакт исследуемого образца с жидкостью, определение потери веса испарившейся жидкости, исследуемый образец при

Комнатной температуре увлажняют жидкостью с низкой теплотой парообразования до влажности 10-25%, испарение жидкости ведут путем экспоненциального понижения остаточного давления над материалом до снижения температуры материала на 10-30 С с одновременной фиксацией температуры и массы, по которому рассчитывают влажность материала, а искомую величину С определяют по формуле

1168841 величины влагосъема и следовательно большей точности определения величины теплоемкости:, Точность в определении искомой величины зависит и от начальной влаж.ности исследуемого материала. Началь— ная влажность 10-25/ обуславливается тем, что при влажности менее

10 точность снижается вследствие испарения из материала адсорбцион- 10 но связанной влаги, а. при влажности более 257 жидкость может не удержаться на поверхности дисперсных тел и стекать с нее.

Интенсивность испарения жидкости с поверхности материала зависит от интенсивности изменения давления.

При экспоненциальном пош|женном давлении среды над материалом с началь ной влажностью 10-25Х испарение жидкости происходит с постоянной скоростью. Это дает возможность испарять жидкость с максимальной скоростью в течении всего цикла.

Снижение давления приводит к сни- 25 жению температуры материала..Нижний предел перепада температуры материао ла (10 С) ограничен погрешностью эксперимента, а верхний предел о (30 С) — длительностью цикла вакуумирования. 1Ь|нимальное время процесса вакуумирования (длительность "=I

Необходимые дан«ь.с для определе40 ния теплоемкостп снимаются по шкалс весов и шкале электронного потенциометра во время вакуумирования системы, т.е. операции: вакуумирование, определение веса и температуры материала проводят одновременно.

Устройство для определения теплоемкости дисперсных материалов содержит герметичную камеру 1, в крышке которой имеется смотровое окно, весы 50

2, установленные в камере 1, теплоизолированный бокс 3, через крышку которого в исследуемый материал 5 вводят хромель-копелевую термопару

4, электронный потенциометр 6, ваку- 55 умный насос 7, вакууметр 8, ловушку

9 и пульт 10 цистанционного управления..

Способ осуществляется следующим образом.

Берется определен«ая навеска дисперсного материала и замачивается определенным количеством жидкости, имеющей низкую теплоту парообразования, на||ример диэтиловым эфиром.

Материал помещается в теплоизолированный бокс, который устанавливается на весы 2. Шкала весов может быть переградуирована по влажности (это позволяет фиксировать сразу текущую влажность материала). Камеру герметизируют. Включают вакуумный насос 7 и понижают остаточное давлен Ie среды по экспоненциальному закону. В процессе вакуумирования регистрпру|от влажность и температуру материала. При достижении заданной сте— пепи понижения температуры материала экспериме«т прекращают. По начальным и конечным зафиксированным значениям температуры и влажности по формуле определяется теплоемкость материала.

iI p и и е р. Берется 45 г дисперс— ного материала, например, красного кирпича и увлажняется жидкостью (дпэтиловым эфиром) массой 9 г. Началььия влажность дисперсного материала равна 20Z. Увлажнен«ый материал помещают в герметичную камеру, в которой понижают по экспоненциальному закону давление среды. Зафиксированная начальная температура материала 291 К. Конечная влажность

11, 1/. и величина влагосъема 8,97 определяются при достижении заданной степени с ижеш|я температуры

28 К.

Опрсделить теплоемкость исследуе мого продукта можно аналитически по приведенной формуле, или графически с использованпем заранее пострoeн«ой зависимости С 1 = f(ЬU)

Способ позволяет упростить процесс определения теплоемкости и сократить времяпроведения исследования .

Длительность цикла вакуумирования составляет 10-15 мин, а длительность проведения всего процесса по определению искомой величины составляет

18-20 мин.

Таким образом, использование прецлагаемого способа упрощает процесс измерения и сокращает время определения теплоемкости материала на 22-25 мин.

1168841

3Ккг/лг

Составитель В.Гусева

Редактор А.шандор Техред Л,Микещ . Корректор А.Обручар

Заказ 4б08/37 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1i3Î35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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