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Reaktorkalorimeter zur Bestimmung thermokinetischer Da-
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ten Die Erfindung geht aus von einem Reaktorkalorimeter, das aus einer
Reaktorkammer mit Rührwerk besteht, die in einem Hauptthermostaten konstanter Temperatur
eingebettet ist und in der durch eine installierte elektronisch geregelte elektrische
Heizung eine Temperaturdifferenz zwischen Reaktor und Hauptthermostat vor und während
der Reaktion streng aufrechterhalten wird.
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Die dazu notwendige Heizleistung wird gemessen.
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Die Bestimmung kinetischer Daten durch ein Kalorimeter beruht auf
dem bekannten Satz der chemischen Thermodynamik, daß jeder Reaktionsschritt mit
Freisetzen von Wärme Q gekoppelt ist, deren Größe gleich dem Produkt aus Wärmetönung
(-A.H) und umgesetzten Reaktandenmolen (nN) ist : Q =nN N . (-H). Da die Reaktionsgeschwindigkeit
r ( t) den Betrag der Molzahländerung pro Zeiteinheit und Einheit des Reaktionsvolumens
V darstellt: r = IdN/dti . 1/V, gilt für die thermische Reaktionsleistung (Wärmepro-
duktionsrate)
q(t), d.h. für die im Zeitpunkt t im Reaktionsvolumen V in der Zeiteinheit durch
Reaktion freigesetzte Wärme q(t) = dQ = r(t).V.(-E H). (1) dt Die thermische Reaktionsleistung
ist somit der Reaktionsgeschwindigkeit proportional, wobei die Wärmetönung den charakteristischen
Proportionalitätfaktor darstellt. Dieser ist durch die unter der Kurve q(t) gelegene
Fläche gegeben (s. Fig. 2a).
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Im Falle mehrerer simultan und/oder konsekutiv ablaufender Reaktionsschritte
i stellt die meßbare thermische Leistung q(t) die Summe der Leistungen qi (t) der
Einzelschritte dar
Durch Variation der Rahmenbedingungen, unter denen der chemische Vorgang abläuft,
lassen sich auch in solchen Fällen die Reaktionsgeschwindigkeiten ri sowie die W;irmetönungel
('nH)F der verschiedenen Reaktions-:,chritLe b:;lmmcn. Vorraussetzung dafür ist,
daß die thermische Reaktionsleistung sehr genau unter streng isothermen Bedingungen
gemessen wird.
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Das in der Offenlegungsschrift 23 55 952 vorgestellte Reaktorkalorimeter
hält zwar während des Reaktionslaufs die Reaktortemperatur streng konstant, zur
genauen Bestim~ung der thermischen Reaktionsleistung q ist es jedoch aus folgenden
Gründen nur bedingt einsetzbar.
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Bei thermischem Gleichgewicht (währendem Regelgleichgewicht) besteht
zwischen der thermischen Reaktionsleistung q, der in der Reaktionsmasse dissipierten
Rührerleistung LR sowie der (lediglich gemessenen) Regelheizleistung L einerseits
und dem Wärmefluß k,F.# To aus dem Reaktor o (konstanter Temperatur To + #To) durch
die Reaktorwand in den Hauptthermostaten (konstanter Sockel-Temperatur To) andererseits
die Leistungsbilanz Summe aller Wärmequellen= Wärmefluß aus im Reaktor dem Reaktor
q + LR + L = (k.F). T0 (2) (k Wärmedurchgangszahl, F effektive Wärmeaustauschfläche,
(k.F) Wärmedurchlässigkeit, A T Soll.-Temperaturdifferenz zwischen Reaktor und Haupttherm8stat:
Jede Störung des thermischen Gleichg.ewichts durch Änderung von q, LR, k.F kompensiert
der Regelkreis durch eine solche Anderung der Heizleistung L, daß bs konstant bleibt).
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Die Umänderung von Gl. (2) führt auf q = L(k.F).T0 ~ LM - L = LB -
L (2a) Der mit LB bezeichnete Klammerausdruck stellt die Bezugsleistung für die
Bestimmung von q aus der (allein) registrierten Heizleistung L dar. Diese Bezugsleistung
LB kann während des Reaktionsablaufs Änderungen erfahren, weil die Wärmedurchgangszahl
k und die Rührerleistung LR
von den physikalischen Eigenschaften
der Reaktionsmasse (Dichte, Viskosität, spez. Wärme u.a.) abhängen, die evtl. durch
die Reaktion verändert werden. Auch die Austauschfläche F kann sich bei Reaktionen
mit Volumenkontraktion/-dilatation ändern. Die Bezugslinie wird sich beispielsweise
bei Systemen, deren Viskosität während der Reaktion wächst oder deren Volumen sich
verkleinert, verringern. Vor Reaktionsstart und nach Reaktionsablauf entspricht
die Regelheizleistung L der Bezugsleistung LB, siehe in Figur 2a, obere Abbildung.
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Würde z.B. während einer Reaktion keine Wärme freigesetzt (q=O) und
lediglich Konsistenz- und/oder Volumenänderungen stattfinden, so würde der Verlauf
der Heizleistung L entsprechend Gl. (2a) genau die Bezugslinie LB darstellen. Die
alleinige Messung der Heizleistung L bei einer echten Reaktion (q;O) gibt somit
keinen genauen Aufschluß darüber, in welchem Maße die Änderung der Heizleistung
L auf das Auftreten von Reaktionswärme q und in welchem Maße auf die Änderung der
Wärmedurchläßigkeit (k.F) bzw. Rührleistung LR zurückzuführen ist.
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Die während des Ablaufs einer Reaktion stets mehr oder weniger auftretenden
Änderungen der physikalischen Eigenschaften führen somit zu einem entsprechend hervortretenden
systematischen Meßfehler und damit-zu fehlerhafter reaktionskinetischer Aussage.
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Hier setzt die Erfindung an. Die Aufgabe besteht darin ein Reaktorkalorimeter
mit hoher Genauigkeit zu schaffen, bei dem die Bezugslinie LB bzw. ihre Änderung
kontinuier-
lich und - aus reaktionskinetischem Interesse - ohne
Eingriff in das Reaktionsgeschehen registriert wird, so daß q unter streng isothermen
Bedingungen genau bestimmbar ist.
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Die Änderung #LB setzt sich entsprechend Gl. (2a) zusammen aus der
änderung des Wärmeflusses aus dem Reaktor und der Änderung der Rührerleistung:
Im allgemeinen ist der erste Effekt stärker ausgeprägt, so daß die Berücksichtigung
des veränderten Wärmeflußes allein schon zu einer wesentlichen Verbesserung führt.
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Im Hinblick auf diese Zielsetzung ergibt sich die Problemlösung erfindungsgemäß
aus der Kombination der nachfolgend aufgeführten Merkmale: a) Der Reaktor mit der
Temperatur To+ T10 +A T20 ist in einen Zwischenthermostaten mit der Temperatur To+
T20 eingebaut, der sich seinerseits in einem Hauptthermostaten mit der konstanten
Temperatur T0 befindet.
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b) Reaktor und Zwischenthermostat sind mit elektronisch geregelten
elektrischen Heizungen versehen, welche die mit Hilfe von Temperaturfühlern gemessenen
Temperaturdifferenzen A T10 zwischen
Reaktor und Zwischenthermostat
und # T20 zwischen dem Zwischenthermostat und dem Hauptthermostat konstant halten.
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c) Die Heizung für den Zwischenthermostat ist mit einer Meßschaltung
zur Bestimmung der Heizleistung L2 verbunden.
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Das bekannte Reaktorkalorimeter wird also dadurch verbessert, daß
zusätzlich ein Zwischenthermostat eingefügt wird, so daß neben dem Regelkreis des
Reaktors mit der Heizleistung L1 für die Konstanthaltung der Temperaturdifferenz
ß 10 Reaktor/Zwischenthermostat im Zwischenthermostaten ein weiterer Regelkreis
mit der Heizleistung L2 zur Konstanthaltung der Temperaturdifferenz 4 T20 Zwischenthermostat/Hauptthermostat
(der konstanten Temperatur To) vorliegt.
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Ändert sich die Wärmedurchlässigkeit (k1.F1) während einer Reaktion
im Reaktor nicht, bleibt auch der Wärmefluß (k1.F1).T10 aus dem Reaktor in den Zwischenthermostaten
konstant, da der Reaktorregler durch Änderung der Heizleistung L1 die-auftretende
thermische Reaktionsleistung q und gegebenenfalls Rührleistungsänderung & LR
kompensiert und dadurch die Soll-TemperaturdifferenznT10 Reaktor/Zwischenthermostat
aufrechterhält. Ändert sich jedoch während der Reaktion die Wärmedurchlässigkeit
(k1F1) um &(k1F1), so wird zwar ebenfalls die Soll-TemperaturdifferenzT10 durch
die Reaktorregelung aufrecht-
erhalten, der Wärmefluß aus dem Reaktor
ändert sich jedoch um6(k1F1) A T10. Diese Änderung des Wärmeflusses in den Zwischenthermostaten
würde ohne Temperaturregelung des Zwischenthermostaten zu einer Temperaturänderung
des Zwischenthermostaten führen. Der vorhandene Zwischenthermostatenregler kompensiert
jedoch die Änderung des Wärmeflußes durch entgegengesetzt gleiche Änderung der Heizleistung
L2, so daß die Zwischenthermostattemperatur bzw. die Soll-Temperaturdifferenz #T20
erhalten bleibt. Tritt also während einer Reaktion eine Änderung der Regelheizleistung
L2 auf, so ist diese Änderung entgegengesetzt gleich der Änderung des aus dem Reaktor
strömenden Wärmeflußes und damit entgegengesetzt gleich der dadurch verursachten
Änderung der Bezugsleistung LB. Somit kann diese Änderung meßtechnisch erfaßt und
berücksichtigt werden. Dies geschieht zweckmäßig mit Hilfe einer Summationsschaltung,
die die Summe L1 + L2 der Reaktorheizleistung L1 und der Zwischenthermostatheizleistung
L2 bildet.
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Ist die Rührleistungsänderung nicht zu vernachlässigen und will man
zusätzlich die durch diese Änderung bedingte Änderung der Bezugsleistung L3 berücksichtigen,
muß die Änderung der Rührleistung während der Reaktion verfolgt werden. Zu diesem
Zweck ist das elektrisch angetriebene Rührwerk mit einer Meßschaltung zur Bestimmung
der Rührleistung LR1 bzw. Motorleistung LM1 verbunden und LM1 als dritter Su:irnand
in der oben erwähnten Summationsschaltung miteinbezogen.
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Um zu vermeiden, daß die Lagerstellen des Rührwerks
durch
Reaktionssubstanz verschmutzen und dadurch veränderliche, unkontrollierbare und
Meßfehler verursachende Lagerreibungen entstehen, ist zwischen dem eigentlichen
Rührwerk im Reaktor und dem elektrischen Antrieb auf der Außenseite eine Magnetkupplung
vorgesehen.
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Temperaturinhomogenitäten im Zwischenthermostaten und damit Regelungsstörungen
im Zwischenthermostaten und Reaktor lassen sich vermeiden, wenn gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform die Zwischenthermostatenwand durch ein Rohrschlangensystem aufgebaut
ist, das von der Temperierflüssigkeit des Hauptthermostaten turbulent durchströmt
wird.
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Aufgrund der Erfindung ist nunmehr die genaue Bestimmung von thermokinetischen
Daten auch bei Reaktionen möglich, die mit Konsistenz- und/oder Volumenänderung
einhergehen. Damit werden weitere Anwendungsgebiete für die Messung von thermokinetischen
Daten erschlossen, die bisher nicht zugänglich oder mit falschen Ergebnissen behaftet
waren. Dies gilt insbesondere für Polymerisationsreaktionen, bei denen sich aufgrund
der Konsistenzänderung die Wärmedurchlässigkeit k.F und die Rührleistung stark ändern.
Neben der genauen 13c:itimmung der thermokinetischen Daten liefert die neue Meßeinrichtung
auch eine Aussage über die Änderung der für den Wärmeaustausch und die Rührleistung
maßgebenden physikalischen Faktoren. Diese zusätzliche Information ist aus Aspekten
der Sicherheit für die technische Auslegung von Reaktoren in der chemischen Industrie
von entscheidender Bedeutung.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von
Zeichnungen erläutert: Es zeigen: Figur 1 die prinzipielle Anordnung von Reaktor,
Zwischenthermostat und Hauptthermostat zur Aufstellung der Wärmebilanz, Figur 2
die Bestimmung der thermischen Reaktionsleistungq allein aus der Heizleistung L1
des Reaktors und den Einfluß der Änderung der Wärmedurchlässigkeit k 1F1 und der
Rührleistung LR1 auf die Bezugslinie LB1 f Figur 3 die Bestimmung der thermischen
Reaktionsleistung aus der Summe von lleizlistunq L1 des Reaktors und L2 des Zwischenthermostaten
sowie der Rührleistullcg LR1 des Reaktors1 Figur 4 den- Reaktor mit dem Zwischenthermostat
in vergrößerter Darstellung und Figur 5 ein schematisches Blockschaltbild der gesamten
Meßapparatur.
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Die zu untersuchende chemische Reaktion (Reaktionslösung oder Reaktionsgemisch)
befindet sich in einem Reaktor 1, der in einem Zwischenthermostat 2 angeordnet ist.
Der Zwischenthermostat 2 ist seinerseits in einen Hauptthermostaten 3 eingebaut.
Der Reaktor 1 besteht aus der Reaktorkammer, einem Rührwerk 5, einer elektrischen
Heizung 6 und einem Temperaturfühler 16. Im Zwischenthermostat 2 ist ebenfalls eine
elektrische Heizung 7, ein Rührer 18 und ein Temperaturfühler 17 angeordnet.
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Der äußere Hauptthermostat 3 wird auf der Temperatur T0 gehalten.
Ein Regelkreis im Zwischenthermostaten 2
stellt automatisch mittels
der elektrischen Heizung 7 die Soll-Temperaturdifferenz # T20 bzw. die Soll-Temperatur
T + ß T20 ein. Die Heizung 6 im Reaktor 1 regelt T20 automatisch die Leistung L1
so, daß sich die gewählte Soll-Temperaturdifferenz A T10 zwischen Reaktorkammer
und Zwischenthermostat, d.h. die gewünschte Solltemperatur T0 + ß T10 + T20 einstellt.
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Im Reaktor 1 herrscht die höchste Temperatur, im Zwischenthermostat
2 eine mittlere Temperatur und im Hauptthemostat 3 die niedrigste (Sockel-) Temperatur.
Entsprechend der konstanten Temperaturdifferenz Ast10 zwischen Reaktor 1 und Zwischenthermostat
2 fließt (im Regelgleichgewicht) der Wärmestrom (k1F1)T10 aus dem Reaktor 1 in den
Zwischenthermostaten 2 und entsprechend der konstanten Temperaturdifferenz ß Ast20
zwischen Zwischenthermostat 2 und Hauptthermostat 3 der Wärmestrom (k2F2). AT20
in den Hauptthermostaten 3. Startet im Reaktor 1 alsdann eine Reaktion, sorgt der
mit der Heizung 6 verbundene Regler durch kompensierende Änderung der Heizleistung
L1 (in Erfüllung der Bilanz Gl. (2)) dafür, daß auch während des Reaktionslaufs
trotz der einsetzenden Reaktionseffekte die Temperaturdifferenz zwischen Reaktor
1 und Zwischenthermostat 2 konstant bleiben.
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Ändert sich trotz konstanter Temperaturdifferenz ß T10 der aus dem
Reaktor 1 in den Zwischenthermostaten 2 flie-Bende Wärmestrom (k1F1)./iT10, so kann
dies nur durch Änderung der Wärmedurchlässigkeit k 1F1 zwischen Reaktor 1 und Zwischenthermostat
2 verursacht sein. Dies macht sich dadurch bemerkbar, daß die geregelte Heizung
7
im Zwischenthermostaten 2 den Verlust an Wärmezufuhr aus dem Reaktor 1 kompensiert
und damit die Temperaturdifferenz n T20 zwischen Zwischenthermostat 2 und Hauptthermostat
3 ebenfalls konstant hält. Aufgrund dieser zweifachen Regelung bleibt die Reaktortemperatur
T0 + T10 + T20 während der Reaktion konstant. Im Gegensatz zum Reaktor bleibt der
Wärmestrom (k2F2)-tT20 vom Zwischenthermostat 2 in den Hauptthermostat 3 und die
Rührleistung im Zwischenthermostat immer konstant, da die für die Wärmedurchläßigkeit
und die Rührwärme maßgebenden Parameter durch die Reaktion im Reaktor 1 nicht beeinflußt
werden, somit als Gerätekonstanten anzusehen sind.
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Findet also während einer Reaktion eine Konsistenz-und/oder Volumenänderung
des Reaktionsgemisches im Reaktor statt und ist diese mit einer Änderung des Wärmeflußes
(k1F1)wAT10 verbunden, so wird die daraus resultierende Temperaturänderung im Zwischenthermostat
2 durch Änderung der Regelheizleistung L2 gerade kompensiert (Fig.2Meßkurve L2).
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Die Änderung E L2 der Heizleistung im Zwischenthermostat ist entgegengesetzt
gleich der Änderung des aus dem Reaktor -1 strömenden Wärmeflußes.
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gL2 = - b (k jF1) . (-4) Damit liefert die Meßeinrichtung unter isothermen
Bedingungen neben der Reaktionswärme auch eine Information über die eventuell während
einer Reaktion stattgefundenen Änderungen der für den Wärmeaustausch maßgebenden
Größen.
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Durch das Rührwerk 5 wird im Reaktor zusätzlich eine thermische Leistung
erzeugt, die sich bei den oben erwähnten Konsistenzänderungen während einer Reaktion
ebenfalls als Punktion der Zeit ändert(s.Fig.2 Meßkurve LM1). Bei genauen Messungen
kann dieser Effekt nicht vernachlässigt werden.Die Rührleistung bzw. ihre änderung
muß vielmehr berücksichtidt werden. Zu diesem Zweck wird bei konstanter Drehzahl
die Stromaufnahme des Rührwerksmotors gemessen.
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Das Gesamtdrehmoment der Motor-Rühranordnung ist dem aufgeprägten
Strom J proportional: D = k.J = DVerlust + DNutz' dabei bedeutet DVerlust das durch
Reibungsverluste bedingte Verlustdrehmoment und DNutz das für den Rühreffekt zur
Verfügung stehende Nutzdrehmoment. Sorgt man dafür, daß das Verlustdrehmoment DVerlust
der Rühranlage bei konstant gehaltener Drehzahl n unverändert bleibt, so läßt sich
die Rührleistungsänderung aus der Änderung der Stromstärke J bestimmen: #LM =&D.n
= # DNutz = # LR = (?J.k.n (5) Die Konstanz des Verlustdrehmoments DVerlllst wird
durch apparative Maßnahmen gewährleistet, die weiter unten beschrieben werden. Die
während einer Reaktion stattfindende Änderung der Rührleistung wird durch elektronische
Multiplikation von k, n und & J bestimmt.
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Entsprechend Gl (2a) besteht zwischen der thermischen Reaktionsleistung
q, der in der Reaktionsmasse dissivierten Rührerleistung LR1 sowie der Regelheizleistung
L1 einerseits und dem Wärmefluß (k1.F1)4T10 aus dem Reaktor 1 in den Zwischenthermostat
2 die Bilanz.
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Der mit LB1 bezeichnete Klammerausdruck stellt für die Regelheizleistung
L1 die Bezugsleistung dar. Bei Reaktionen mit Konsistenz- und/oder Volumenänderung
ist die Bezugslinie LB1 nicht konstant, sondern ändert sich während der Reaktion
als Funktion der Zeit(s.Fig.2).Es gilt entsprechend Gl (6) d B1 c(k1.F1)t T10 -
# LR1 (7) Mit den Bezeichnungen LB10 = Leistung der Reaktorheizung 6 vor dem Reaktionsstart,
# Bezugsleistung LB1 vor Reaktionsstart LB20 = Leistung der Zwischenthermostatheizung
7 vor dem Reaktionsstart, LR10 = Rührwerksleistung vor dem Reaktionsstart, LM1O
= Rührwerksmotorleistung vor dem Reaktionsstart
L1 = Regelheizleistung
im Reaktor während der Reaktion, L2 = Regelheizleistung im Zwischenthermostat während
der Reaktion, LR1= Rührerleistung während der Reaktion LM1= Rührwerksmotorleistung
während der Reaktion, folgt aufgrund der Gl. 4,5,7 #LB1= #(k1F1)#T10 - #LR1 = -#L2
- #LM1 bzw.
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LB1 - LB10 (L2LB20) - (LM1 - LM10) .
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Damit ergibt sich entsprechend Gl.6 für die thermische Reaktionsgleichung
q(t) q(t) = (LB1O+LB2O+LMlO) - (Ll(t)+L2(t)+LMl(t)) = LB(konst) - L(t) Die Reaktionsleistung
q(t) ist somit bestimmt durch die Differenz der Summen aus den Heizleistungen im
Reaktor und dem Zwischenthermostat sowie der Motorleistung im Reaktor vor Reaktionsstart
(LB = const) und der Summe dieser Leistungen während der Reaktion (L(t)).
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Praktisch geht man so vor, daß die Regelheizleistung L1 und L2 sowie
die Motorleistung LM1 elektronisch summiert und mit einem Kompensationsschreiber
registriert werden. Die gesuchte Reaktionswärme q entspricht dann dem Abstand der
Meßkurve von der konstanten Bezugslinie LB (siehe Fig. 3 ). Kompensiert man die
Bezugslinie durch eine Nullpunktverschiebung, so wird nur die gewünschte thermische
Reaktionsleistung aufgezeichnet.Wie sich die einzelnen Anteile L1, L2 und LM1 während
der Reaktion verändern, war schon anhand von Fig. 2 diskutiert worden (s.Seiten
11 u. 12).
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Fig. 4 zeigt den konstruktiven Aufbau von Reaktor 1 und Zwischenthermostat
2. Der Reaktor besteht aus einem zylindrischen Metallbehälter 8, der mit einem als
Flansch ausgebildeten Deckel 9 zu verschließen isL.
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Die Heizung 6 im Reaktor 1 besteht aus einem Widerstandsdraht 10,
der spiralförmig auf die am Deckel 9 befindlichen Strombrecher 11 gewickelt ist.
Das Rührwerk 5 besteht aus einem Rührflügel 12, der über eine Magnetkupplung 13
mit dem außerhalb des Zwischenthermostaten befindlichen Antriebs in Verbindung steht.
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Die Magnetkupplung 13 besteht aus zwei übereinander gelagerten Permanentringen
14,15, wobei der untere (15) von einem V4A-Stahlmantel umgeben ist und im Reaktordeckel
eingelassen ist. Die Rührerwelle ist derart gelagert, daß weder die Reaktionsflüssigkeit,
noch -dämpfe aus dem Reaktorraum in die Lager eindringen können. Auf diese Weise
ist gewährleistet, daß die Lagerreibung unverändert, und damit das Verlustdrehmoment
der Rühreranordnung konstant bleibt. Diese Voraussetzung ist entscheidend für die
Bestimmung der Rührwerkslei-
stung über die Stromaufnahme des Antriebsmotors.
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Die Temperatur T0 + A T10 +4T20 im Reaktor 1 wird mit dem Thermoelement
16, die Temperatur T0 + nT20 im 20 Zwischenthermostat 2 mit dem Thermoelement 17
gemessen.
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Neben dem Thermoelement 17 befindet sich im Zwischenthermostat 2 die
Heizung 7 in Form einer Heizspirale und eines Propellerrührers 18. Der Boden und
die Seitenwand des zylindrischen Zwischenthermostaten- 2 sind durch ein Rohrsystem
19 gebildet, das von der Hauptthermostatenflüssigkeit turbulent durchströmt wird.
Aufgrund dieser Bauweise kann die thermische Trägheit des gesamten Systemes klein
gehalten werden, so daß eine schnelle Einstellzeit bei Temperaturänderungen gewährleistet
ist. Dies ist meßtechnisch von Bedeutung, wenn z.B. eine Reaktion bei verschiedenen
Temperaturen jeweils unter isothermen Bedingungen untersucht werden soll.
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Ein vollständiges Blockschema der Meßapparatur ist in Fig.5 dargestellt.
Das Thermoelement 16 im Reaktor 1 ist hier als Differenzthermoelement (16, 16a)
ausgebildet und steuert über den Regler und den Leistungsverstärker 21 die Heizung
6 im Reaktor 1 in der Weise, daß die Temperaturdifferenz T10 Reaktor/ Zwischenthermostat
konstant bleibt. Das Rührwerk 5 im Reaktor 1 wird vom Elektromotor 22 angetrieben,
der mit einer Meßschaltung 23 zur Bestimmung der Rührwerksleistung-LR in Verbindung
steht. Direkte Meßgrößen sind dabei die Stromaufnahme J des Motors 22 und die Drehzahl
n.
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[)Le IZeqeih£zleistung L2 des IIeizers 7 im Zwischenthermostat 2 wird
über das Differenzthermoelement 17,
17a, den Regler 24 und den
Leistungsverstärker 25 gesteuert. Das Differenzthermoelement 17, 17a mißt die Temperaturdifferenz
zwischen dem Zwischenthermostat 2 und dem Hauptthermostat 3.
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Der gesamte Zwischenthermostat 2 ist, ähnlich wie der Reaktor 1 im
Zwischenthermostat 2, seinerseits innerhalb des Hauptthermostaten 3 angeordnet.
Im Hauptthermostat herrscht die konstante Sockel-Temperatur To.
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Da sich die um AT20 höhere Temperatur im Zwischenthermo-20 stat 2
niemals ändert, bleibt auch der Wärmestrom vom Zwischenthermostat 2 in den Hauptthermostat
3 stets konstant. In dem die Zwischenthermostatenwand bildenden Rohrschlangensystem
19 (siehe auch Fig. 4 ) zirkuliert die mittels der Umwälzpumpe 26 aus dem Hauptthermostaten
angesaugte Badflüssigkeit in turbulenter Strömung.
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Der Hauptthermostat 3 (mit einem Rührwerk 27 versehen) wird mit Hilfe
des Wärmetauschers 28 von einem externen Umlaufthermostat 29 temperiert.
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Die für die Summenbildung L1+L2+LM1 (siehe Seite 11) erforderliche
elektronische Schaltung ist ebenso wie die zur Apparatur gehörenden Registriergeräte
in Fig. 5 nicht gezeigt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Reaktorkalorimeter können neue Anwendungsgebiete
erschlossen werden. Erstmalig werden damit genaue thermokinetische Messungen ohne
Störung des Reaktionsgeschehens auch bei solchen Reak-
tionen ermöglicht,
die mit starker Konsistenz- und/oder Volumenänderung einhergehen. Hinsichtlich der
Arbeitstemperatur ist das Kalorimeter sehr anpassungsfähig.
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Es können chemische Reaktionen im Bereich von T0 1 -600C c + 3000C
untersucht werden. Die Temperaturdifferenz A T1O bzw. A T2O zwischen Reaktor und
Zwischenthermostat bzw.-Zwischenthermostat und Hauptthermostat sowie die Sockeltemperatur
To des Hauptthermostaten kann mit mit einer Genauigkeit von + 10 C eingeregelt werden.
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Die thermische Trägheit ist verglichen mit Kalorimetern anderer Bauart
gering: Reaktionen, deren Halbwertszeit größer als zwei Minuten ist, verlaufen -
vom Startmoment abgesehen - praktisch während der gesamten Reaktionszeit unter streng
isothermen Bedingungen, wobei ein Druck bis 15 bar erlaubt ist.