Способ определения погрешности калориметра в динамическом режиме

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G О1 К 17/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ :

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ """Н@, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4092489/31-1 0 (22) )8.07 ° 86 (46) 07.05.88. Бюл. У 17 (71) Институт химической физики АН

СССР (72) А. Б. Воробьев, IO. Н. Матюшин, Н, В. Новикова, В. П. Воробьева, Т. С. Конькова и Ю. А. Лебедев (53) 536.6(088.8) (56) Шмидт P. Сапунов В. Неформаль- ная кинетика. — М.: Мир, 1985, с. 711.

Эстрин Я . И. К вопросу об измерении начальных скоростей химических реакций в калориметрах Кальве: Сб, статей Кинетика и катализ, 1985, т.. 26, вып. 2, с. 373-380.

ÄÄSUÄÄ 1394070 А1 (54), СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ

КАЛОРИМЕТРА В ДИНАМИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ (57) Изобретение относится к тепловым измерениям. Цель изобретения— повышение точности определения погрешности, расширение области изучаемых процессов. Калориметрическую ячейку заполняют компонентами изучаемой реакции. В ячейке размещают калибровочный нагреватель, т.е. резистор стабильного сопротивления.

Для создания в нагревателе экспоненциально изменяющегося тока собирают схему, изображенную на чертеже. По результату калориметрического опыта определяют константу скорости про- а

Ю шедшего теплового процесса и вычисляют ее погрешность по формуле. 1 ил.

1394070

Изобретение относится к области епловых измерений и предназначено, реимущественно, для определения огрешности калориметра, используеого для измерения константы скорости химической реакции первого порядка в жидкой фазе.

Цель изобретения — повышение точНости оценки погрешности, расширение 1О области изучаемых процессов за счет еличения диапазонов скоростей теповьщеления и величин тепловьделения.

На чертеже изображена схема, реаизующая предлагаемый способ. 15

Способ определения погрешности калориметра в динамическом режиме о сущес твляют следующим об разом.

Калориметрическую ячейку заполняют компонентами изучаемой реакции. 20

В ячейке размещают калибровочный нагреватель, т.е. резистор стабильного сопротивления. Для создания в нагре" ,вателе экспоненциально изменяющегося (тока собирают схему, изображенную на чертеже. (Источник 1 питания служит для за, ряда конденсатора 2 (С) до начального напряжения U, которое обеспечивает начальный ток Io в калибровочном ре- 30 зисторе, выбираемый из условия обеспечения заданного в опыте тепловыделения.Q . Усилитель 3 напряжения имеет коэффициент усиления по напряжению К порядка 10-30. Напряжение Uz у контролируется цифровым вольтметром

4. 11оале установления в калориметре рабочего режима, одновременно переключателями 5 и 6 отключают конденсатор 2 от источника 1 питания и под-(10 ключают к усилителю калибровочный нагреватель 7 ° Резисторы 8 (R,) и

9 (R2) изменяют диапазон значений константы скорости процесса. Для стабилизации режима усилители его выход переключателем 6 замкнут на резистор

10 (RÄ}, сопротивление которого равно сопротивлению R „. Ток разряда конденсатора I,„ îïðåäåëÿåòñÿ по формуле

Q(t) PL= а 1 р

ИЪм ИЗм

Моделирование реакции, протекающеи по закону первого порядка, эффектом

5О

Джоуля от экспоненциально изменяюще" гося тока позволяет простыми методами электрических измерений точно определить постоянную времени 7 этого процесса, что дает точное значение константы скорости процесса тепловыделения К2 = 2/ . Измерением постоянной времени процесса экспоненциального

U 1!л„

R, + R2 где = (R + R2) С, причем R, +

+ R "- R 2 = RC .< - время разрядки

Ф з конденсатора. При этом в калибровочном нагревателе вьделя тся тепловая мощность P(t), равная

Uo Rò -K -2 ®

v(t) = .e = Ае

Н2 R и количество теплоты, равное д. р -Zt/(, ц() = " (1- )

-2 !8

Ц,о(1-е

A (с где Q

Этим точно моделируется тепловыделение химической реакции, протекающей по кинетическому закону реакции первого порядка. Действительно, уравнение реакции, протекающей по кинетическому закону первого порядка, имеет вид

àq

-и — = К(1 — g) или y = 1-е, (2}

clt где K — - константа скорости реакции; ь — глубина превращения. Так как количество теплоты Q(t ) однозначно связано с глубиной превращения соотношением то из сопоставления уравнений (1) и (2) следует, что протекающий в калориметре тепловой процесс, создаваемыи эффектом Джоуля от тока, прямо пропорционального току разряда конденсатора с постоянной времени RC, эквивалентен химической реакции первого порядка с константой скорости 2/RC.

Далее по результату калориметрического опыта определяют константу скорости К и» прошедшего теплового процесса и вычисляют ее погрешность аК и по формуле

l39407 изменения тока, например, за счет изменения номинала резистора R и емкости конденсатора С легко обеспечивается широкий диапазон значений кон5 станты скорости процесса. Любое наперед заданное тепловыделение Ц, в опыте может быть достигнуто путем соответствующего выбора начального тока Х через нагреватель. Возможность )0 проведения измерений в заполненной реальными компонентами реакции ячейке повышает точность оценки погрешности

Способ измерения экономичен и 15 прост поскольку реализуется с помощью широко распространенных средств электротехники, так как не требует для своей реализации высокочистых химических веществ, безвозвратно 2О расходуемых при измерениях.

Способ дает существенно более точный результат, как как тепловой процесс, создаваемый эффектом Джоуля, легко контролируется точными- 25 методами электрических измерений.

Минимальное значение постоянной времени, т.е. максимальное значение константы скорости практически не ограничено, Повышение точности обес- 3О печивается также за счет того, что тепловой процесс, моделирующий химическую реакцию, протекает в той же среде, что и изучаемая реакция.

% формула из обретения

Способ определения погрешности калориметра в динамическом режиме, заключающийся в нагреве ячейки кало- риметра, заполненной жидкофазной средой, и измерении константы скорости

К „ известного теплового процесса, имеющего константу скорости К, о тл и ч а ю щ и:й с я тем, что, с целью повышения точности оценки погрешности при широком диапазоне скоростей тепловыделения и величин тепловыделения, нагрев ячейки калориметра осуществляется электрическим нагревателем, электрический ток которого уменьшают по экспоненциальному закону от максимального значения Х с постоянной времени Ф, которую вычисляют по формуле r = 2/К, а величину I вычисляют по формуле

I,= О где Q - задаваемое тепловыделение в процессе измерения;

R сопротивление электрического нагревателя калориметра, при этом погрешность измерения калориметра в динамическом режиме 4 К„,„ определяют путем вычисления по формуле К н м К язм

1394070 И

Составитель В. Гусева

Редактор Н. Тупица Техред И.Дидык Корректор А. Тяско, Заказ 2211/38 Тираж 607 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4