CS253005B1 - Zařízení pro měřeni množství tepla uvolněného při průběhu exotermních pochodů - Google Patents

Zařízení pro měřeni množství tepla uvolněného při průběhu exotermních pochodů Download PDF

Info

Publication number
CS253005B1
CS253005B1 CS854612A CS461285A CS253005B1 CS 253005 B1 CS253005 B1 CS 253005B1 CS 854612 A CS854612 A CS 854612A CS 461285 A CS461285 A CS 461285A CS 253005 B1 CS253005 B1 CS 253005B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
reactor
duplicator
housing
opening
temperature
Prior art date
Application number
CS854612A
Other languages
English (en)
Other versions
CS461285A1 (en
Inventor
Miroslav Balcar
Milan Kudrna
Frantisek Lesek
Lubos Forman
Vladimir Simsa
Milan Sima
Jiri Kaska
Alois Matejicek
Original Assignee
Miroslav Balcar
Milan Kudrna
Frantisek Lesek
Lubos Forman
Vladimir Simsa
Milan Sima
Jiri Kaska
Alois Matejicek
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Miroslav Balcar, Milan Kudrna, Frantisek Lesek, Lubos Forman, Vladimir Simsa, Milan Sima, Jiri Kaska, Alois Matejicek filed Critical Miroslav Balcar
Priority to CS854612A priority Critical patent/CS253005B1/cs
Publication of CS461285A1 publication Critical patent/CS461285A1/cs
Publication of CS253005B1 publication Critical patent/CS253005B1/cs

Links

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Řešení ae týká zařízení pro měření uvolněného tepla z teplotně-časového průběhu exothermních pochodů, 2ejména chemických polyreskcí, které modeluje zařízení výrobní. Zařízení podle řešení sestává ze skleněného válcového reaktoru s evakuovatelným duplikátorem, který je umístěn ve vnitřním prostoru rozebíratelného pláště tak, že hrdlo reaktoru ústí vně pláště. Ve vnitřním prostoru pláště je podél duplikátoru instalováno topné těleso, v horní části skrápěcí distributor napojený na vnější okruh temperpčního média a dále vnější teplotní ovládací prvky, které jsou spolu s vnitřními ovládacími teplotními prvky umístěnými uvnitř reaktoru napojeny na teplotní regulátor. Do reaktoru je zavedeno míchadlo spojené s pohonnou jednotkou pomocí tepelné zdrže z tepelně nevodivé hmoty.

Description

Vynález se týká zařízení pro měření uvolněného tepla z teplotně-časového průběhu exothermních pochodů, zejména homogenních systémů kapalina-kapalina i heterogenních systémů kapaline-kapalina, kapalina-plyn, kapalina-tuhá fáze, modelujícího výrobní zařízení
Teplo uvolněné při chemických reakcích, a to především polyreakcíeh souvisejících s přípravou epoxidů, polyesterů, epoxyesterů, fenoplastů apod., je jednou z veličin, které v praxi určují optimální volbu chemicko-technologického zařízení, slouží především jako nezbytný údaj pro návrh chladícího systému reaktoru, v němž probíhá exotermní děj. Tepelná zabarvení reakcí lze určovat jednak teoreticky, tj. výpočtem, a jednak experimentálním měřením. Běžně lze reakční tepla počítat ze známých slučováních tepel, z vazebných energií, případně lze určit reakční teplo ze závislosti rovnovážné konstanty reakce na teplotě. Tyto metody narážejí věak především v oblasti makromolekulární chemie na problémy, jako je např. neznalost slučovacího tepla vzniklého' polymeru, neznalost distribuce molekulové hmotnoáti polymeru, neznalost přesné struktury polymeru, případně neznalost kinetiky reakce. Při výpočtu reakčních tepel na základě sfelných tepel produktů a výchozích látek'mohou chyby v měření spalných tepel v desetinách procenta nebo za přítomnosti vody či jiných těkavých složek vést k velkým chybám ve hleofené veličině. Proto je v podobných případech přímé experimentální měření exotermie jedinou schůdnou metodou pro měření tepelného zabarvení reakce.
Při převádění polyreekeí z laboratorního do poloprovozního, resp. provozního měřítka je důležité znát i časové rozložení uvolněného tepla, resp. tepelné zabarvení jednotlivých dílčích stupňů reakce. Je třeba znát nejen teplo reakční, ale obecně uvolněné tep lo, které je souhrnem všech tepelných efektů daného procesu.
Pro určení tepelných efektů reakcí pomocí kalorimetrických metod platí, že konstruk ce používaných kalorimetrů se značně liší podle charakteru studované reakce, podle délky jejího trvání, podle velikosti předpokládané exotermie apod.
Přímé měření uvolněného tepla při některých reakcích vedoucích ke tvorbě makromolekul řeší různé návrhy kalorimetrů. Jedná se vesměs o izotermické i jiné typy kalorimetrů které v řadě případů nejsou vhodné pro přímé měření exotermie u polyreakcí. Je to hlavně proto, že nezachovávají ani přibližně hydromechanickou podobnodt s provozním reaktorem, chybí často míchání reakční směsi, které bývá heterogenním systémem kapalina-kapalina nebo kapalina-tuhá fáze, mají omezený teplotní rozsah a časový interval měření, konstruk ční materiál kalorimetrů není odolný vůči kyselému nebo alkalickému prostředí, nelze v nich sledovat vizuálně průběh reakce, při vzniku z reakčních složek je nutno kalorimetr buď úplně, nebo zčásti vyřadit a rovněž mají omezený objem zabraňující provedení heterogenní reakce při zachování správné stechiometrie.
Výše uvedené nedostatky odstraňuje předložený vynález, který se týká zařízení pro měření množství tepla uvolněného při průběhu exotermních pochodů. Podstata zařízení spočívá v tom, že.sestává ze svislého skleněného válcového reaktoru s evakuovatelným duplikátorem opatřeného míchadlem, který je umístěn ve vnitřním prostoru rozebíratelného pláš tě, s výhodou sestávajícího ze dna, obvodového pláště a uzavírací příruby, a to tak, že hrdlo reaktoru, uzavíratelné víkem, ústí vně pláště, přičemž v prostoru vymezeném duplikátorem a pláštěm je podél obvodu duplikátoru instalováno topné těleso a v horní části tohoto prostoru skrápěcí distributor temperačního media.
Dno pláště je opatřeno výtokovou trubicí a otvorem pro evakuační trubici duplikátoru. Uzavírací příruba pláště je opatřena otvorem pro hrdlo reaktoru, odvzduěňovacím ventilem a průchodkami pro vstup temperačního media do skrápěcího distributoru a pro napojení topného tělesa na vnější zdroj a pro zavedení teplotních měřících a regulačních prv ků do vnitřního prostoru pláště. Dále je víko opatřeno uzavíratelným plnícím otvorem a průchodkami pro hřídel míchadla a pro zavedeni teplotních měřících a regulačních prvků do reaktoru. Míchadlo je s pohonnou jednotkou mechanicky spojeno pomocí tepelné zdrže z tepelně nevodivé hmoty. Reaktor s duplikátorem je ve vnitřním prostoru pláště utěsněn těsnícím kroužkem v otvoru dna a ucpávkou v otvoru uzavírací příruby.
Základní předností měřícího zařízení podle uvedeného vynálezu je to, že dobře modeluje podmínky tepelného režimu u reakcí prováděných na velkých reaktorech, především při reakcích, kdy se do reaktoru navažují všechny reakční složky najednou a kdy od určité reakční teploty nabíhá výrazně exotermní reakce, přesahující okamžitou chladící kapacitu reaktoru. Při nezvládnutí takové reakce pak může dojít k vytvoření gelu v celém objemu provozní násady, což zpravidla vyřadí celou jednotku na delší dobu z provozu, nehledě na přímou ztrátu surovin. Tím, že v měřícím zařízení podle vynálezu lze sledovat i opticky změny viskozity reakčního media, lze určit i stav, kdy dochází k přechodu reakčního media z kapalné do polotuhé, většinou viskoelastické, resp. tuhé fáze.
V měřicím zařízení lze doplňovat reakční směs v případě potřeby i vhodným ředidlem během reakce, takže je pak možné i doporučit podmínky, jak předejít havarijním stavům ve vlastním výrobním zařízení. Další přednost zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že v případě vzniku gelu ve vnitřním reaktoru projevujícího se např. Weissenbergovým efektem lze zařízení snadno vyčistit a znovu použít, aniž by bylo třeba provádět rekalibraci vlastní tepelné kapecity reaktoru. V případě, že se nepodaří reaktor vyčistit nebo při jeho poškození je možno vlastní reakční nádobu vyměnit za náhradní, u níž je pak třeba provést kalibrační měření. Reakce v uvedeném zařízení lze provádět i za přítomnosti temperovaného interního plynu.
Jedno z možných konkrétních provedení zařízení podle vynálezu je znázorněno na přiloženém výkresu.
•i
Hlavní součástí tohoto zařízení je reaktor 1 s duplikátorem 11. zakončených na spodu evakuační trubicí 111 napojenou přes jímač kapek 112 na zdroj vakua 113. Do reaktoru 1 zasahuje míchadlo íi které je mechanicky spojeno s pohonnou jednotkou pomocí tepelné nádrže 131. dále vnitřní teploměr 15 a vnitřní teplotní čidlo 16. Reaktor 1 s duplikátorem 11 je umístěn v rozebíratelném plášti 2, sestávajícím ze dna 21 s výtokovou trubici 42. obvodového pláště 22 a uzavírací příruby 23 s odvzdušňovacím ventilem 232. a to tak, že hrdlo 12 reaktoru 1 ústí otvorem v uzavírací přírubě 23 vně pláště 2, přičemž je ve vnitřním prostoru pláště 2 utěsněn jednak těsnícím kroužkem 24 v otvoru dne 21. na který dosedá tlakem utěsňovací příruby 17 s těsněním hrdla 121 na hrdlo 12. a jednak ucpávkou 25 s ucpávkovou přírubou 231 v otvoru uzavírací příruby 23. Dokonalé utěsnění spojů jednotlivých částí pláště 2 je zajištěno těsněním 26 mezi dnem 21 a obvodovým pláštěm 22 a mezi obvodovým pláštěm 22 a uzavírací přírubou 23. Hrdlo 12 reaktoru 1 je uzavíratelné víkem 14 dosedajícím na těsnění víka 143 v otvoru utěsňovací příruby 12 a opatřeným plnicím otvorem 141 s uzávěrem 142 a průchodkami pro hřídel míchadla 13. vnitřní teploměr 15 a vnitřní teplotní čidlo 16. Do vnitřního prostoru vymezeného pláštěm 2 a duplikátorem 11 jsou průchodkami v uzavírací přírubě 23 a utěsňovací přírubě 12 zavedeny vnější teploměr 27 a vnější teplotní čidlo 28. V tomto prostoru se dále nachází elektrické topné těleso 2, umístěné podél obvodu duplikátoru 11 a napojené spolu s vnitřním teplotním čidlem 16 o vnějším teplotním čidlem 28 na regulátor JI s dvouliniovým zapisovačem 32 a v horní části pod uzavírací přírubou 23 kruhový skrápěcí distributor 41. napojený na okruh temperačního media 1 zahrnující ještě výtokovou trubici £2 ve dně 21, Dewarovu nádobu 43 a čerpadlo 44.
Konkrétní měření na zařízení podle tohoto vynálezu se provádí následovně:
Do reaktoou 1 se ηβνάζί přesně 300 g surovin a reaktor se uzavře víkem 1£. Obsah reaktoru se všemi reakčními komponentami včetně katalyzátoru se ze míchání vyhřeje na počáteční (startovací) teplotu reakce temperačním mediem cirkulujícím okruhem .operačního media £, čímž dojde k zahájení reakce. Tu je možno zahájit také tak {z důvodů urychlení měření), že se reakční směs zahřeje na teplotu c 1 až 2 °C nižší než je startovací teplota reakce v jiné nádobě a pak se vpraví do reaktoru vyhřátého na startovací. teplo4 tu, případně tak, že do reaktoru s reakčni směsí vyhřátou na počáteční teplotu reakce se přidá potřebné množství některé z reakčních komponent, popřípadě iniciátor nebo katalyzátor. Rychlost ohřevu lze ručně regulovat nastevením potenciometru. Z důvodů rychlejšího prostupu tepla je v této fázi i duplikétor 11 nSplněn vhodným teplonosným mediem. Cirkulace temperačního media, které je vyhříváno topným tělesem 2, umístěným v pláěti 2_ reaktoru £, je zajištěna čerpadlem 44 s možností plynulé změny množství čerpané kapaliny, umístěným v Dewarově nádobě 43· Z důvodů uchovéní stacionárního teplotního pole v celém vnitřním objemu pláátě 2 je topné těleso 2 vytvarováno tak, aby co. nejrovnoměrněji vyhřívalo celý objem media v plášti 2. Temperační medium se čerpá okruhem temperačního media £ do skrápěcího distributoru 41 umístěného v horní části pláště 2, který rozděluje temperační medium rovnoměrně po celém obvodu pláště 2·
Skrápšcí distributor 41 je v podstatě trubice kruhově stočená po obvodu pláště 2·
V trubici jsou vyvrtány otvory zo účelem rovnoměrného rbzdělení medie po celém obvodu pláště 2· Volná konvence zapříčiněná různou teplotou media v závislosti na vzdálenosti od topného tělesa 2 je kompenzována nucenou cirkulací media ve směru proti působení volné konvence. Vyhřáté medium cirkuluje výtokovou trubicí 42 a krátkým izolovaným potrubím zpět do Dewarovy nádoby £2· Rychlost cirkulace media pláštěm 2 lze regulovat např. pomocí redukčního ventilu zapojeného na trase tlakového vzduchu pro pneumatický pohon čerpadla ££.
Teplote reakčni směsi i temperačního media se měří rtutovým vnitřním teploměrem £2 a vnějším teploměrem 22· Vedle těchto kontrolních teploměrů je pro měření teploty instalováno ještě vnitřní teplotní čidlo 16 a vnější teplotní čidlo 28 (termočlánky Pe-KO).
Při dosažení startovací reakčni teploty uvnitř reaktoru £ se na regulátoru 31 přepne ruční regulace příkonu do topného tělesa 2 na regulaci automatickou, které zaručuje, že teplote media v plášti 2 přesně sleduje teplotu reakčni směsi v reaktoru £. Teplonosič v duplikátoru 11 se vypustí vypouštěcím uzávěrem do podsunuté nádobky a vypouštěcí u závěr duplikátoru ££ se nahradí jímačem kapek 112. pomocí něhož je duplikétor připojen přes pojistnou nádobku a vakuometr ke zdroji 113 (např. olejová vývěva). V této fázi za předpokladu exotermického tepelného zabarveni uvnitř reaktoru £ se teplota media v pláěti 2 adiabatického reaktoru £ reguluje v závislosti na teplotě reakčni směsi. Napětí z termočlánků je zesilováno a vedeno na dvouliniový zapisovač 32. ηβ nčniž se sleduje průběh nárůstu teplot. Zároveň jsou tato napětí vedena přes proporcionálně-derivační a zesilovací členy na triakový regulátor 21· Tento regulátor změnou na topné spirále reguluje teplotu pláště 2 reaktoru £. Řídící veličinou je teplota reakčni směsi uvnitř reaktoru.
Uvolněné množství tepla je možno spočítat z naměřeného vzrůstu teploty uvnitř reaktoru. K tomu je třeba znát tepelné kapacity výchozích látek i produktů, které lze stanovit např. DSC-kelorimetrií. Množství uvolněného tepla je však možné nejsnadněji vypočítat z adiabatického vzrůstu teploty na základě stanovení dodaného množství tepla kalibračními topnými elementy na začátku a na konci pokusu. Záznam závislosti teplote-čas při adiabatickém režimu reakce umožňuje změřit rychlost uvolňování tepla při procesu.

Claims (6)

  1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU
    1. Zařízení pro měření množství tepla uvolněného při průběhu exotermních pochodů, zejména chemických polyreakci, vyzančující se tím, že sestává ze svislého skleněného válcového reaktoru (1), s evakuovatelným duplikátorein (11) opatřeného míchadlem (13), který je umístěn ve vnitřním prostoru rozebíratelného pláště (2), sestávajícího ze dna (21), obvodového pláště (22) a uzavírací příruby (23), a to tak, že hrdlo (12) reaktoru (1), uzavíratelné víkem (14) ústí vně pláště (2), přičemž v proétoru vymezeném dupli
    5 253005 kátorem (11) a pláštěm (2) je podél obvodu duplikátoru (11) instalováno topné těleso (3) a v horní části tohoto prostoru skrápěcí distributor (4) temperečního media.
  2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že dno (21) pláště (2) je opatřeno výtokovou trubicí (42) a otvorem pro evakuační trubici (111) duplikátoru (11).
  3. 3. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že uzavírací příruba (23) pláště (2) je opatřena otvorem pro hrdlo (12) reaktoru (1), odvzdušňovacím ventilem (232) a průchodkami pro vstup temperečního media do skrápěcího distributoru (41), pro nepojení měřicích a regulačních prvků do vnitřního prostoru pláště (2).
  4. 4. Zařízení podle bodu 1, vyzhačující se tím, že víko (14) je opatřeno uzavíratelným plnícím otvorem (141) a průchodkami pro hřídel míchadla (13) a pro zavedení teplotních měřicích a regulačních prvků do reaktoru (1).
  5. 5. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že míchadlo (13) je s pohonnou jednotkou mechanicky spojeno pomocí tepelné zdrže (131) z tepelně nevodivé hmoty.
  6. 6. Zařízení podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že reaktor (1) s duplikátorem (11) je ve vnitřním prostoru pláště (2) utěsněn těsnícím kroužkem (24) v otvoru dna (21) a ucpávkou (25) v otvoru uzavírací příruby (23).
CS854612A 1985-06-24 1985-06-24 Zařízení pro měřeni množství tepla uvolněného při průběhu exotermních pochodů CS253005B1 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS854612A CS253005B1 (cs) 1985-06-24 1985-06-24 Zařízení pro měřeni množství tepla uvolněného při průběhu exotermních pochodů

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS854612A CS253005B1 (cs) 1985-06-24 1985-06-24 Zařízení pro měřeni množství tepla uvolněného při průběhu exotermních pochodů

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CS461285A1 CS461285A1 (en) 1987-03-12
CS253005B1 true CS253005B1 (cs) 1987-10-15

Family

ID=5389300

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS854612A CS253005B1 (cs) 1985-06-24 1985-06-24 Zařízení pro měřeni množství tepla uvolněného při průběhu exotermních pochodů

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS253005B1 (cs)

Also Published As

Publication number Publication date
CS461285A1 (en) 1987-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4670404A (en) Micro-scale chemical process simulation methods and apparatus useful for design of full scale processes, emergency relief systems and associated equipment
EP0415618B1 (en) Apparatus for conducting and controlling chemical reactions
CA2161224C (en) Dissolution testing apparatus
US4923306A (en) Stable isothermal calorimeter
US3251657A (en) Reactor for the manufacture of polyethylene phthalates
Casson et al. Comparison of criteria for prediction of runaway reactions in the sulphuric acid catalyzed esterification of acetic anhydride and methanol
KR20060135911A (ko) 마이크로파를 응용한 화학 반응 장치
US4088447A (en) Adiabatic calorimeter apparatus and method for measuring the energy change in a chemical reaction
CA1315567C (en) Automated calorimeter and methods of operating the same
US20150323938A1 (en) Temperature-based level detection and control method and apparatus
CS253005B1 (cs) Zařízení pro měřeni množství tepla uvolněného při průběhu exotermních pochodů
US20180361343A1 (en) Method and System for Monitoring a Chemical Reaction
Grob et al. Reaction calorimetry for the development of chemical reactions
US5882605A (en) Reactor for the productions of flowable viscous products
Cronin et al. The comparative sensitivity of test methods for determining initial exotherm temperatures in thermal decompositions of single substances
US3759811A (en) Apparatus for radiation polymerization
US6303825B1 (en) Method of starting up loop reactor systems in which at least one exothermic reaction is to be carried out
US12318771B2 (en) System for processing liquid and/or solid compounds
CN209222095U (zh) 反应量热装置
CN109298017B (zh) 一种连续流下测定反应热和/或比热容的系统和方法
CN216499365U (zh) 一种防粘附的液压油加工用电加热反应釜
CN205815652U (zh) 一种实验室用多相反应催化剂评价装置反应釜
CN219972313U (zh) 一种细胞培养系统
US3677706A (en) Reactor
CN219682516U (zh) 一种可定量输送式石油化工反应釜