CN204630963U - 检测自燃物质活化能的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种检测自燃物质活化能的实验装置，由恒温控制箱、圆柱体金属网篮、测温元件、计算机和数据采集系统组成，所述圆柱体金属网篮设于恒温控制箱内部，所述测温元件固定在圆柱体金属网篮内部，测温元件通过数据采集系统与计算机连接。该实验装置结构简单，易于操作，造价成本低。

Description

检测自燃物质活化能的实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种针对自燃物质（如：石灰石、硫化矿石、煤、面粉、碎木屑，奶粉等）周围环境进行加热实验，测量堆积物质体系内达到温度稳态时的温度的实验装置，可以通过该温度值及相关数据作图进而得到自燃物质的活化能E。

背景技术

    目前，要得到上述自燃物质的活化能E主要依托于热重实验，用到的实验仪器多为国外进口的热重分析仪，热重分析仪主要由天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分构成。热重法是在程序控温下，测量物质的质量随温度或时间的变化关系。热重法实验得到的曲线称为热重(TG)曲线，TG曲线以质量作纵坐标，以温度或时间作横坐标。利用TG曲线的原始数据和线性最小二乘法处理方程拟合直线，通过直线斜率进而求解活化能E。活化能E作为动力学三因子在热分析中起着很大的参考价值，因此求解活化能的方法随着发展也越来越多，典型的如普适积分法、Kissinger法等，但是这些方法又因为物质不同的特性而使得结果误差较大，计算过程中需要对总结的30种机理函数进行正确的选取，计算量大。同时，现在普遍使用的热重分析仪价格昂贵，实验结果易受到外界环境的影响，致使实验的原始数据误差较大。

发明内容

为了克服现有检测方法后期数据处理计算量大，使用的实验仪器昂贵，实验结果易受环境影响的不足，本实用新型提供了一种检测自燃物质活化能的实验装置，该实验装置结构简单，易于操作，造价成本低。其具体技术方案如下：

一种检测自燃物质活化能的实验装置，由恒温控制箱、圆柱体金属网篮、测温元件、计算机和数据采集系统组成，所述圆柱体金属网篮设于恒温控制箱内部，所述测温元件固定在圆柱体金属网篮内部，测温元件通过数据采集系统与计算机连接。

进一步的，所述测温元件是3个K型热电偶。

进一步的，所述圆柱体金属网篮为高30cm，底面直径16cm的圆柱体，网格大小为800目。

进一步的，其中一个K型热电偶设置于所述圆柱体金属网篮（2）几何中心位置，另外两个设置在距离几何中心位置左右偏离4cm，同等高度的对称位置处。

    本实用新型的有益效果是，对于常见的自燃物质活化能检测提供了新的实验装置，为常见自燃物质生产、储存和运输的安全性提供了科学依据。

附图说明

    下面结合附图进一步说明。

图1是本实用新型的实验装置图;

    图2是圆柱体金属网篮示意图；

图3是K型热电偶在金属网篮中的布置情况的直观图；

图4是K型热电偶在金属网篮中的布置情况的俯视图；

图中各附图标记含义：1.恒温控制箱、2.圆柱体金属网篮、3.K型热电偶、4.计算机、5.数据采集系统。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1-4所示，检测自燃物质活化能的实验装置主要由恒温控制箱1、圆柱体金属网篮2、测温元件（K型热电偶3）、计算机4和数据采集系统5等部分组成，圆柱体金属网篮2设于恒温控制箱1内部，测温元件固定在圆柱体金属网篮2内部特定位置，测温元件（K型热电偶3）通过数据采集系统5与计算机4连接。

实验前材料的准备工作，将自燃物质研磨成粉末状，将粉末状材料装入圆柱体金属网篮2中，使其分布均匀至网篮顶部平面，再将其放入恒温控制箱1里，关闭恒温控制箱1，调节恒温箱1上的控温按钮，设置初始温度和升温速率开始加热恒温箱1，随着箱内的温度升高，实验材料体系内部的温度也会升高，K型热电偶3测出的圆柱体金属网篮2内材料体系3个不同处温度通过数据采集系统5收集到计算机4上，观察3条温度曲线变化，当环境温度达到某一点（或时间到某一时刻）时，3条温度相交于一点（即温度值相等时），记录 ，一次实验即可结束。关闭恒温控制箱1的电源，等待箱内温度恢复常温，将圆柱体金属网篮2取出。改变不同升温速率，记录每次实验下的。

在运行该装置前，首先布置K型热电偶3，将三个K型热电偶设置在圆柱体金属网篮2内的特定位置，再将实验材料制成粉末状（注：块状煤、石灰石等体积较大者进行粉碎研磨处理，面粉、奶粉等物质可做微处理），将处理后的实验材料均匀放入圆柱体金属网篮2内，然后将圆柱体金属网篮2置于恒温控制箱1的中央位置，K型热电偶通过数据采集系统5与计算机连接。启动实验装置，先关闭恒温控制箱，将箱内温度调节到常温下，设定不同的升温速率开始对箱内进行升温，热电偶通过温度采集系统收集置于材料内不同点的温度数据，同步观察几条温度变化曲线，当某一时刻温度达到相同数值时，即表示体系内部达到温度稳态时，关闭开关实验即可结束。

检测自燃物质活化能的实验装置中圆柱形金属网篮和内部的K型热电偶布置是独立制作的，对检测结果的准确性起着重要作用；整体实验装置是基于F-K自燃着火理论定义的物质堆积体氧化动力学制成的，实验的关键在于得到粉末状的实验材料在环境温度逐渐升高过程中，堆积材料几何中心位置处与偏离该位置的几个点的温度也随着升高，在同一时刻达到的相同温度值，再利用和F-K自燃理论动力学方程进一步得到实验材料活化能E，因此针对上述两个关键性问题，现分述如下：

1.圆柱形金属网篮设计与K型热电偶分布：自燃物质发生自燃现象除了需要一定的温度外，还需要充足的空气，因此盛装实验材料的容器设计为金属网篮状，为了周围环境中的空气能与材料均匀接触，网篮的网格尺寸大小设计为800目。为了配合恒温控制箱的尺寸，金属网篮设计为高30cm，底面直径16cm的圆柱体。在本设计实验装置中，采用三个点的温度变化作为依据，将一个热电偶设置于圆柱体的几何中心位置，另外两个设置在距离几何中心位置左右偏离4cm，同等高度的对称位置处。

2.实验结果处理得到活化能E：F-K自燃理论动力学方程，该理论模型考虑了大Bi数条件下物质体系内部温度分布的不均匀性，该理论是以体系内最终是否能达到稳态温度分布作为自燃的判断标准，因此堆积自燃物质体系在发生自燃前，一定会出现稳态温度分布，通过温度采集系统可以得到上述三点在某一相同时刻（或外界某一相同温度）时达到相同温度值，表示此时实验材料体系达到了稳态温度分布。将上述方程化简为，其中为升温速率，在纵坐标为和横坐标为的坐标图中描绘出各点，再对各点进行直线拟合得到-的线性关系，其直线斜率就是活化能E，在整个实验过程中只需要记录初始设置的不同升温速率和不同升温速率下的即可。

Claims (4)

1.一种检测自燃物质活化能的实验装置，由恒温控制箱（1）、圆柱体金属网篮（2）、测温元件（3）、计算机（4）和数据采集系统（5）组成，其特征在于：所述圆柱体金属网篮（2）设于恒温控制箱（1）内部，所述测温元件固定在圆柱体金属网篮（2）内部，测温元件通过数据采集系统（5）与计算机（4）连接。

2.如权利要求1所述的检测自燃物质活化能的实验装置，其特征在于：所述测温元件是3个K型热电偶（3）。

3.如权利要求2所述的检测自燃物质活化能的实验装置，其特征在于：所述圆柱体金属网篮（2）为高30cm，底面直径16cm的圆柱体，网格大小为800目。

4.如权利要求3所述的检测自燃物质活化能的实验装置，其特征在于：其中一个K型热电偶设置于所述圆柱体金属网篮（2）几何中心位置，另外两个设置在距离几何中心位置左右偏离4cm，同等高度的对称位置处。