Способ контроля кинетических параметров процесса теплового самовозгорания различных партий материала

 

Изобретение относится к производству , использованию и хранению самовозгорающихся твердых дисперсных и волокнистых веществ и материалов. Цель изобретения - экспрессность анализа. Поставленная.цель достигается определением энергии активации Е; и предэкспоненты Cj процесса самовозгорания по одному разогреву навески (образца ) анализируемого материала при температуре в зоне реакции, отличающейся от температуры компенсации Т. Предварительно для одной из проб определяют Е , и С, по разогревам различных образцов в широком интервале температур. Затем через Е , и С, по эмпирическим формулам, характеризующим компенсационность процессов самовозгорания , вычисляют температуру компенсации и адиабатическую скорость самонагревания Р при температуре компенса1: ии, а также критический для Тр темп охлаждения и линейный размер L . Последующие контрапьные анализы проводят при температуре окружающей среды предпочтитель- 5 но на 70+5 К ниже Т, используя образец с линейным размером в два раза СУ/ больше критического или же при Т(,цр - f Т , используя образец предпочти -: тельно в три раза меньше критического с: 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц 4 Г 01 N 25/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

НО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4189355/40-25 (22) 02.02.87 (46) 30. 11.88; Бюл ° 1"- 44 (71) Иркутский факультет Высшей инженерной пожарно-технической школы (72) В.Я. Киселев и Я.С. Киселев (53) 541.128.24(088.8) (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КИНЕТИЧЕСКИХ ПАPANETPOR ПРОЦЕССА ТЕПЛОВОГО САМОВОЗГОРАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ПАРТИИ МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к производству, использованию и хранению самовозгорающихся твердых дисперсных и волокнистых веществ и материалов. Цель изобретения — экспрессность анализа.

Поставленная, цель достигается определением энергии активации F., и предэкспоненты С1 процесса самовозгорания по одному разогреву навески (образца) анализируемого материала при

„„SU„„1441287 A 1 температуре в зоне реакции, отличающейся от температуры компенсации T

Предварительно для одной из проб определяют Г, и С, по разогревам различных образцов в широком интервале температур. Затем через Е < и С, по эмпирическим формулам, характеризующим компенсационность процессов самовозгорания, вычисляют температуру компенсации Т и адиабатическую ско"C рость самонагревания Р при температуре компенсации, а также критический для Т „= Т темп охлаждения и линейный размер 1.„.. Последующие конт. рачьные анализы проводят при температуре окружающей среды предпочтительно на 70+5 К ниже Т, используя образец с линейным размером в два раза больше критического или же при Т,„ =

= Т, используя образец предпочти- . тельно в три раза меньше критического

1 э.п. ф-лы, 3 табл.

1441287

Е/RTg = m bT ехр ехр е»р

С„рЕ/КТг m ЬТ

Э b 3"

E/RT to = m ЛТ,о пТ = Т exp — m j, Š— Е 52800—

Т

- C Л

R (l.nC — 1пС) 483 К, г s „-22000/8,314 483 4 175 10 К с

Р = C (-Е/RT = 10. 8

У с ехр (с

2200 220000

- R, 8,314 483"

8,314 483 12,88 10 с . (1) лам регулярного теплового режима методом последовательных приближений:

22000

КТ„"", Изобретение относится к производству использованию и хранению самовозгорающихся твердых дисперсных и волокнистых веществ и.материалов и может быть использовано в химической, пищевой, топливной и других отраслях промьппленности, а также в сельскохозяйственном производстве.

Целью изобретения является обеспе- 10 чение экспрессности анализа.

Для определения кинетических параметров теплового самовозгорания 5 партий травяной муки для произвольной партии из 5 определили кинетические параметры Е и С следующим образом.

Определяющий размер реакционного сосуда (сетчатой корзиночки кубической формы) принимается равным 15 мм.

Для определения теюта охлаждения мате 20 риала (корэиночки с исследуемым продуктом) предварительно нагретую до

100 С навеску анализируемого материала поместили в суховоздушный термостат и при помощи дифференциальной 25 термопары прибора следящего уравновешивания (КСП-4) на диаграммной ленте зарегистрировали охлаждение образца во времени до 30 С. По уравнению где Т вЂ” начальная разность темпе0 (-l ратур охлажцаемог о образца и окружающей среды, К;

5Т вЂ” разность температур охлаж" (- I даемого образца и окружающей среды, К, в момент времени, с, предварительно его линеаризовав мето-40 дом наименьших квадратов, обрабатывается 12 точек кривой, охлаждения навески. Темп охлаждения m равен 4,04»

»10 с .

Рыисляют критический темп и раз" мер реакционного сосуда, при котором

»р

Размер реакционного сосуда, соответствующий найденному значению ш =

12,88 ° 10" с ., вычисляют по формуВ суховоздушном термостате задается значение окружающей изотермической среды Т„„, = 456 К, и последовательно испытываются 9 навесок анализируемого материала. Средняя величина максимального саморазогрева равна

b Т, = 6 К, при этом температура в центре испытуемого образца (навески) состава Т = Т.„, + bT = 456 + 6

= 462 К. Задается в термостате Т,„р =

= 474 К. Вновь последовательно исйытывается 9 навесок. Средняя величина саморазогрева bT = 11 К, температура в центре навески — Тг = 485 К.

Ступенчато повышая температуру изотермической среды, провели аналогичные испытания еще при восьми значениях

Т „ . При T 500 K образцы стали самовозгораться.

Результаты испытаний сведены в табл. 1.

Для анализируемой навески витаминной травяной муки вычисляют параметры F. и С, для чего данные табл. 1 представляются системой уравнений:

Кинетические параметры процесса теплового самовозгорания для проанализированной партии следующие: Е =

52,8 кДж/моль, С = 2, 143 10 К с

По найденным дпя данной партии значениям Е и С определяют для процесса самовозгорания витаминной травя" ной муки температуру компенсации Те и адиабатическую скорость самонагревания Р при Т по формулам

22000 температура окружающей среды Т „ равна температуре компенсации Те

144! 287

<2) При осуществлении предлагаемого способа в области температур вьппе Т, уменьшают значение !.„, в 3 раза L, к

= L 3 = 38 3 13 мм для найденного размера реакционного сосуда (!.< = 13 мм) по формулам (1) и (2) вычисляют темп охлаждения пц = 4,7" 10 с !

О Для ведения анализа задают в термостате значение изотермической среды Т „, = Т = 483 К и испытывают по одному образцу от каждой из пяти контролируемых партий (включая и пар15 тию, испытанную ранее) .

При испытании образцов фиксируют максимальные саморазогревы АТ; в центрах навесок и вычисляют значения температур Т; = Т „р+ ЬТ;. Например, 20 для партии !р 1 максимальный саморазогрев Т = 12 К, Т = Т „,+ ЬТ =

= 483 + 12 = 495 К.

Вычисляют значения параметров Е и С для каждой из пяти партий. Результаты вычислений сведены в табл.2. Например, для партии Р 1 результаты вычислений следующие.

1, 8К 1г

Н = — ° — К =

% ч

О, 16

Ср р 2,35 1Ог ° 400

1 7 1О мг с

-< (L=11Втм К

0,160 Вт м К з <

2,35 f0 ДжкгК

% =

cð,==

Р = та, ЬТ = 4,7 ° 10. 12 = 5,64 10, (K с );

R(lnP; — 1nPc ) 8,314(lп 0 0564 — lп 0,04175

1/483 — 1/495

49800 — 2200 + 8,314 483 10

Š— Е + КТс1пс

НТс

8,314 483

10152 = 1,0 10 (К с ) С =Е

При осуществлении предлагаемого способа в области температур ниже Тс увеличивают значение 1.„ в 2 раза L

x2 = 38 °,2 = 76мм; для найденного разме- ра реакционного сосуда (L = 76 мм) по формулам (1) и (2) вычисляют темп охлаждения m = 0-,48 10 с

Для ведения анализа задают в тер15 мостате значение изотермическои среды-Такр1 = Тс 70 K = 483 70 = 413 K и испытывают по одному образцу от кажФ дой из пяти контролируемых партии

: (включая и партию, испытанную ранее). ко

m 6 6Т = 0 48 10 22 9 = 1,099

10-г

8,314(ln 0,011 — lп 0,041?5) R(ln Р; — ln Pc ) 49600 — 22000 + 8 314 483 10 л л

Е Е+ RTc inc

8,314 ° 483

Ктс

9 59 10 К с

С =Е

400 кг м г ) — средние значения теплофизических параметров витаминной травяной муки.

Численное значение размера реакционного сосуда равно L„ = 38 мм =

= 3,8 10 "г м.

При испытании образцов фиксируют максимальные саморазогревы КТ; в центрах навесок и вычисляют значения температур Т; = Т,„р,г + hT; . Например, для партии !!- 1 максимальный самора229 K Т .Т + Т

= 413 + 22,9 = 435,9 К. Вычисляют значения параметров Е и С для каждой из пяти партий. Результаты вычислений сведены в табл. 3. Например, для партии Р 1 результаты вычислений оказались следующие:

5 1441287

Формула изобретения

КТ

m =Р

КТ определяют критический темп охлаждения m H соответствующий ему размер реакционного сосуда L „, при котором температура окружающей изотермической среды Т„ равна температуре ком10 пенсации Т, выбирают размер реакционного сосуда больше или меньше L кр и ведут анализ в области температур ниже ипи выше Т, при этом кинетические параметры Е, и С, контролируемого

15 образца определяют из зависимостей

R(1nP; — 1nP ) . 1 У л л

Е E + RTñ1пС

С =Я! ) где Р; = mÄÒ;.

2. Способ по и.. 1, о т л и ч аю шийся тем, что при ведении анализа в области температур выше Т размер реакционного сосуда принимают в три раза меньше L „ и температуру окружающей среды задают равной Т +

+ 5 К, а при ведении анализа в области температур ниже Т размер реакционного сосуда принимают в два раза больше 1.„р и температуру окружающей среды задают на 70+5 К меньше Т

Ь и

Е-Е Е

ЙГБ-;.-Т )определенным эмпирическим путем„ с изокинетическиьщ параметрами Е и С, равными для дисперс ппс органических материалов соответственно

22000 Дж .моль и 10 К с, определя(30 ют температуру компенсащп Т и адиабатическую скорость самонагревания

P при температуре компенсации из зависимости

Таблица

Г ° Г

Показат

8 9 10

1 1

456 474 484 487 490 493 497

-I

m, с о

ЬТ, К

498 499 500

17 19 22 26 33

462 485 501 506 512 519 530

79 K

1. Способ контроля кинетических параметров процесса теплового самовозгорания различных партий материала, включающий определение для анализируемого материала темпа охлаждения образцов m, выдержку образцов в изотермической воздушной среде при нескольких значениях температуры Т измерение максимальных саморазогревов ЬТ при различных температурах

Т Т „ + 6 Т в центре образцов и определение кинетических параметров процесса самовозгорания E и С из системы уравнений теплового баланса, отличающийся тем, что, с целью обеспечения зкспрессности анализа, по вычисленным значениям кинетических параметров Е и С для одной из партий анализируемого материала по .зависимостям

39 44 Образец самовозгора537 543 ется

1441287

Таблица 2

Параметр

) 5

2 3 4

4,7. 10

Т „ = Т = 483 К

12,3

13 14,2

496 497,2

6,11 10 6,67 10

17,6

495

Т, К

500,6

Р, К ° с- 5,640 10

Е, кДж/моль 49,8

8,27 10

52,6

58,3

66,0

78,1

С, Кс

1,0 10

8,5 10 56,8 10

2,1 10,1 166,8 10

Таблица 3

Партия т

Параметры

1 2 3 4

«1

0,48 10

Т вЂ” 70 = 483 — 70 = 413 К,О КР

ОКР

yÒ, К

7,5

11,6

17,5

22,9

417

1,9 10

78,1

66,2

E кДж/моль

58,8

52,8

49,6

60,5 10 1175,8 10

2,1 10

9,6 .10

С, К с

Составитель С. Хомик

Техред A. Кравчук Корректор Г. Решетник

Редактор Н. Лазоренко

Подписное

Тираж 847

Заказ 6281/47

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ТОкР 9

dT. К

Р, К с

435,9

1, 10 10

495,3

5,796 10

430, 5

8,4. 10

Партия

У I

424,6

5,5 10

420, 5

3,6 ° 10