Калориметрическая ячейка для определения энтальпий испарения и сублимации

 

Сущность изобретения: ячейка выполнена из двух частей: испарительной и вакуумной . Вакуумная часть ячейки выполнена из пластмассы, а испарительная - из металла . Ячейка содержит шток, который выполнен разрывным на границе испарительной и вакуумных частей. Участок штока, размещенный в вакуумной части ячейки, выполнен из пластмассы и закреплен в сильфоне, а участок, размещенный в испарительной части ячейки, выполнен из металла и закреплен в ячейке с помощью пружины. Испарительная и вакуумная части ячейки снабжены сегментными перегородками из соответствующего каждой части ячейки материала . 1 ил., 1 табл.i СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (н)э G 01 К 17/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4813687/25 (22) 16.04,90 (46) 23.07.92. Бюл. hL 27 (71) Научно-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного университета им. В. И.

Ленина (72) Г. Я. Кабо, А. А. Коэыро, А. П. Красулин, В. М. Севрук и В. В. Симирский (56) Sabbah. Chastel R. ZaffItte-In: ThIrd, Intern. Conf of Chemical, Thermo6ynamIes

Viena, 1973, 1, р, 30-36.

Лебедев Ю, А., Мирошниченко Е, А. Термохимия парообразования органических веществ, М,: Наука, 1981, с. 54.

Изобретение относится к устройствам для теплофиэических измерений и может быть использовано для определения одной из важнейших теплофизических величин— энтальпии парообразования чистых веществ, различных классов веществ и технических смесей, Известна калориметрическая ячейка для измерения энтальпий испарения и сублимации эффуэионным методом, состоящая из испарительной части, выполненйой из металла, и вакуумной части, выполненной из стекла, спаянных между собой, металлической эффузионной камеры с отверстием для испарения (сублимации) вещества, металлического штока и фторопластовой заглушки, Недостатками известной ячейки являются наличие систематической погрешно„„5lJ „„1749725 А1 (54) КАЛОРИМЕТРИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА ДЛЯ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНТАЛЬПИЙ ИСПАРЕНИЯ И СУБЛИМАЦИИ (57) Сущность изобретения: ячейка выполнена иэ двух частей: испарительной и вакуумной. Вакуумная часть ячейки выполнена из.пластмассы, а испарительная — из металла. Ячейка содержит шток, который выполнен разрывным на границе испарительной и вакуумных частей. Участок штока, размещенный в вакуумной части ячейки, выполнен из пластмассы и закреплен в сильфоне, а участок, размещенный в испарительной части ячейки, выполнен из металла и закреплен в ячейке с помощью пружины, Испарительная и вакуумная части ячейки снабжены сегментными перегородками из соответствующего каждой части ячейки ма- териала, 1 ил., 1 табл. ! сти измерений, связанной с измерением так называемого "пика включения", большая продолжительность опыта, невозможность исследования веществ с высокой реакционной способностью и высоким давлением насыщенного пара и наличие систематической погрешности за счет уноса тепла из испарительной части посредством теплопроводности штока.

Известна ячейка для измерения энтальпий испарения и сублимации ампульным методом, состоящая из"испарительной и вакуумной частей, стеклянной ампулы с веществом, стеклянного штока с металлической верхней частью для разбивания ампулы и магнита для подвешивания штока.

Диапазон насыщенных давлений пара исследуемых веществ в данной. ячейке расширен по сравнению с другими, однако су1749725

30

45

50 ществует необходимость его дальнейшего расширения.

К недостаткам ячейки относится: ограничение верхнего предела давления пара исследуемых веществ в связи с возможностью уноса вещества в виде переохлажденного пара или в конденсированном состоянии; недостаточная точность и наличие систематической погрешности.

Цель изобретения — расширение диапазона исследуемых веществ по давлению насыщенного пара и повышение точности измерений, На чертеже представлена калориметрическая ячейка, разрез.

Ячейка содержит испарительную часть

1, 2, сегментные перегородки 7 в испарительной части, нижнюю часть 4 разрывного

- штока, которые выполнены из металла, что обеспечивает хороший теплообмен с измерительной системой калориметра и расширяет диапазон пределов измерения давления насыщенного пара, Вакуумная часть ячейки 3, верхняя часть 5 разрывного штока и сегментные перегородки 8 на нем выполнены из тефлона, теплопроводность которого, примерно, на два порядка ниже, чем у стали, что позволяет увеличить точность измерений за счет резкого уменьшения, потерь тепла, Дополнительное уменьшение теплопотерь достигается за счет изготовления штока 4, 5 разрывным, благодаря чему потери тепла по штоку возможны лишь в течение времени не более секунды в момент контакта при раздавливании ампулы.

Сегментные перегородки 7 в испарительной части ячейки предотвращают унос конденсированных частиц в виде пыли и брызг эа пределы измерительной части 2 и предотвращают переохлзждение газа, обеспечивая соблюдение условия иэотермичности в испарительной части, Разрушение ампулы 6 плавным надзвливанием штока за счет червячной передачи

10 и 11 и сокращения сильфона 9 приводит к значительно меньшему выделению тепла, чем при раэбивании сбрасыванием бойка или штока, поэтому не требуется введения дополнительных поправок, что увеличивает точность измерений, Разрывной шток в отличие от сбрасываемого бойка не нарушает условия изотермичности опыта и: не приводит к неконтролируемому уносу тепла из иэмери- 55 тельной части 1, 2 ячейки.

Ячейка действует следующим образом.

Вакуумным насосом иэ вакуумной 3 и испарительной 1, 2 частей ячейки удаляется воздух. Затем вращением гайки 11 червячной передачи верхняя часть 5 штока приводится в соприкосновение с нижней частью

4 штока, тз опускается, сжимая пружину 12, и раздавливает ампулу 6. Вращением гайки

11 в обратном направлении части 4 и 5 штока возвращаются в исходное положение.

Пары исследуемого вещества, испаряющегося из раздавленной ампулы 6, удаляются вакуумным насосом, При испарении вещества поглощается тепло, количество которого регистрируется.

Пример, Ячейка калориметрическая

1, 2. Материал испарительной части — сталь

Х18Н9Т, материал вакуумной части — фторопласт 4.

Две изготовленные калориметрические ячейки А и В калибруются по энтальпиям парообразования четырех эталонных веществ; бензойной кислоты марки К-1, н-декана для хроматографии, бидистиллированной воды и нафталина, дважды сублимированного из образца марки "ч.д.а."

Результаты калибровки приведены в таблице.

Проведено также определение энтальпий сублимации карбамида и метилкарбамида, для которых давление насыщенного пара меньше 0,18 Па. Воспроиэводимость при этом такая же, как и для веществ, приведенных в таблице, Средние значения постоянных ячеек А и В с учетом правила трех сигм и доверительного интервала 95% соответственно равны: KA=185,65 + 0,43 и К8=200,00+ 0.63 мВ,Вт .

В таблице приняты обозначения: Т— температура ядра калориметра, Р— давление насыщенного пара вещества при указанной температуре, m — масса образца; кон, f hEd г- площадь под кривой теплопоглощения.

Из приведенных результатов калибровки следует, что постоянные ячеек А и В определены по эталонным веществам с давлением 0,18-3274 Па с погрешностью

0,23 и 0,32, Таким образом, предлагаемая ячейка позволяет проводит измерения для веществ со значительно большим давлением насыщенного пара (более 3000 Пз), чем известная (до 1000 Па), При этом сохраняется . высокзя точность измерений 0,2-0,3 для

95 -ного доверительного интервала, а при дисперсии средних величин без учета доверительного интервала — 0,1, что выше, чем у известной ячейки (1 ), 1749725

Технико-экономическая эффективность достигается за счет расширения верхнего предела давления пара исследуемых веществ, повышения точности измерений и устранения систематической погрешности. лений насыщенного пара исследуемых веществ, вакуумная часть ячейки выполнена из пластмассы, шток выполнен разрывным на границе испарительной и вакуумных час5 тей, при этом участок штока, размещенный в вакуумйой части ячейки, выполнен из пластмассы и закреплен в сильфоне, а участок, размещенный в испарительной части ячейки, выполнен из металла и закреплен в ячей10 ке с помощью пружины, причем испарительная и вакуумная части ячейки снабжены сегментными перегородками из соответствующего ка1кдой части ячейки ма- териала.

Формула изобретения

Калориметрическая ячейка для определения знтальпий испарения и сублимации, содержащая испарительную часть, вакуумную часть, шток и стеклянную ампулу для исследуемого вещества, о т л и ч à ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона, определения давf

К, мВВт

Ячейка Вещество

«» кон.

Т К Р, }}а m, г f flEdf,мВ.с

А Бензойная кислота 2

Нафталин 1

3 н-Декан 1

Вода! 2

3 бензойная 1 ..кислота 2

Нафталин 1

3 н-Декан 1

Вода

« »

323,0

3»,7

323,2

341,5

312,4

312,3

305,6

293,7

293,3

293,7

302,7

298,4

298,4

298,1

323,1

322,8

323,2

312,3

312,2

312,5

296,6

293,7

293,7

298,7

298,5

298,5

1,80

1,75

1,84 !

1,2

42,2

41,5

22,8

164,3

}бо,о

164,3

294,9

3216

3216

3159

1,82

1,77

1,84

41,8

4l,5

42,6

199,2

164,3

164,3

3274

3235

0,04802

0,02962

О;02704

0,06764

0,10640

0,08652

0,08208

0,23349

0,08632 о,!05!6

О, 10231

О, 01263

0,03012

0,04891 0,03367

0,о4о81 о,ог866

0,07326

0,09533 о,oái70

0,05994

О, 12325

0,12120

0,02356

0 030!7

0,03291

6642,67

4047,71

3636,50

9132,87

1244,00

903},зг

8632,92

}5726,83

5821,00

7037,46

6880,91

5694,60

13664,51

221}2,27

4953,67

5987,55

4203,65

S3»,69

1О84г,о3

7020,58

4331,39

8816,66 . 8791,72

11494,45

14689,48

16002,25

189,41

185,85

184,13

186,35

187,81

185,52

186,30

185,13

185,32.

183,94

187,75

184,53

185,65

185,î4

201,45

200,86

200,84

2о},64

200,82

202,21

2ОО,}6 !

9б,бг

199,36

199,7î

l99,25 !

99,о1, 1749725

Й

2ä к йаоа

Составитель B.Симирский

ТехРед M,MîÐãåíòàë . КоРРектоР H Корол

Редактор Н.Козориз

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Заказ 2588 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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