DE60011436T2

DE60011436T2 - Thermisches verfahren und vorrichtung zu dessen durchführung

Info

Publication number: DE60011436T2
Application number: DE60011436T
Authority: DE
Inventors: E. Theodore MILLER; A. Charles NIELSEN; W. Ray CHRISMAN; E. Robert LAPOINTE
Original assignee: Dow Global Technologies LLC
Current assignee: Dow Global Technologies LLC
Priority date: 1999-07-06
Filing date: 2000-07-06
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2020-07-07
Also published as: CA2377575A1; WO2001002843A1; DE60011436D1; AU5916600A; EP1200816A1; EP1200816B1; JP2003503733A

Description

Thermische Methoden und Apparaturen zur Untersuchung von chemischen Antworten wie beispielsweise Phasenänderungen oder chemischen Reaktionen sind bekannt, indem man eine chemischen Substanz durch eine Leitung fließen lässt, und eine Temperaturänderung, die von der Antwort verursacht wird, gemessen wird. Zum Beispiel kann die Leitung ein bedeckter Kanal in einer Platte sein, wobei der Kanal durch eine Vielzahl von elektrischen Widerstandsheizungen, die entlang des Kanals angebracht sind, auf eine Temperatur, bei welcher eine Reaktion stattfinden wird, erwärmt wird, während eine von einer Reaktion verursachte Temperaturänderung in einer Vielzahl von Thermosäulen gemessen wird, welche ebenfalls entlang des Kanals angeordnet sind (Zieren et al., American Institute of Chemical Engineers 2^nd International Conference on Microreaction Technology (1998), Topical Conference Preprints, Seiten 154–163). Solche Systeme stellen einen interessanten Fortschritt in der Technik dar, solche Systeme sind jedoch relativ komplex und teuer herzustellen.
Die gegenwärtige Erfindung stellt eine Lösung zu den oben genannten Problemen bereit. Die gegenwärtige Erfindung ist ein thermisches Verfahren zur Untersuchung chemischer Antworten, umfassend die Schritte von: (a) Fließenlassen eines chemischen Reaktanden durch eine Leitung, die ein elektrischer Leiter ist, wobei der elektrische Widerstand der Leitung eine Funktion ihrer Temperatur ist; (b) Fließenlassen von Elektrizität durch die Leitung während Schritt (a); und (c) Messen des elektrischen Widerstands der Leitung während Schritt (b), um irgendeine durch eine Antwort des chemischen Reaktanden verursachte Temperaturänderung der Leitung zu bestimmen, wobei die Antwort eine Reaktion des chemischen Reaktanden unter Bildung eines Reaktionsprodukts ist.
Die gegenwärtige Erfindung ist außerdem eine Apparatur zur Untersuchung chemischer Reaktionen umfassend: eine erste Leitung, wobei die erste Leitung ein elektrischer Leiter ist, der ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei der elektrische Widerstand der ersten Leitung eine Funktion der Temperatur der ersten Leitung ist; eine Elektrizitätsquelle, wobei die Elektrizitätsquelle in elektrischer Verbindung mit der ersten Leitung ist, so dass Elektrizität durch die erste Leitung geleitet werden kann; ein Spannungsmessgerät in elektrischer Verbindung mit der ersten Leitung, so dass die durch das Spannungsmessgerät gemessene Spannung ein Hinweis auf die Temperatur der ersten Leitung ist.
1 ist eine schematische Zeichnung einer speziellen Apparaturausführungsform der gegenwärtigen Erfindung, welche eine gewendelte Röhrenanordnung und einen Druckregler enthält;
2 ist eine detailliertere schematische Zeichnung der gewendelten Röhrenanordnung;
3 ist eine Seitenansicht des Druckreglers, teilweise in Vollansicht und teilweise in Schnittansicht; und
4 ist eine graphische Darstellung der Temperatur gegen die Zeit unter Verwendung der gegenwärtigen Erfindung, um eine katalysierte Polymerisationsreaktion zu untersuchen.
Nun bezugnehmend auf 1 ist darin eine schematische Zeichnung einer spezifischen Apparaturausführungsform 10 der gegenwärtigen Erfindung gezeigt. Die Apparaturausführungsform 10 beinhaltet ein Reservoir 11, das mit Petroleumnaphtha 12 von einem geeigneten Grad gefüllt ist, um in dem Naphtha gelöstes Ethylen katalytisch zu Polyethylen zu polymerisieren. Eine Röhre 13 führt Naphtha 12 zu einer Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC)-Pumpe 14, die so eingestellt ist, um das Naphtha 12 mit einer Geschwindigkeit von 2 ml/min zu pumpen. Die Pumpe 14 pumpt Naphtha 12 zu den gewendelten Röhren 19, 20 und 21 durch die Verrohrung 15, 16, 17 und 18.
Ein 0,5 μm HPLC-Inline-Filter, nicht gezeigt, ist in der Röhre 15 angebracht, um das Naphtha aus der Pumpe 14 zu filtrieren. Die gewendelten Röhren 19 und 20 sind jeweils 52 Fuß (16 m) lange Röhren aus rostfreiem Stahl mit 1/16 Inch (1,59 mm) Außendurchmesser und 0,004 Inch (0,10 mm) Innendurchmesser. Die gewendelte Röhre 21 ist eine 10 Fuß (3 m) lange Röhre aus rostfreiem Stahl mit 1/16 Inch (1,59 mm) Außendurchmesser und 0,010 Inch (0,254 mm) Innendurchmesser. Die Röhre 22 führt Naphtha 12 zum HPLC-Injektionsventil 33.
Das Ventil 33 weist eine 20 μl-Injektionsschleife auf, nicht gezeigt, welche unter Verwendung einer Spritze 31 gefüllt wird. Die Röhre 23 führt Naphtha 12 zum HPLC-Injektionsventil 34. Das Ventil 34 weist eine 20 μl-Injektionsschleife auf, nicht gezeigt, welche unter Verwendung der Spritze 32 gefüllt wird. Die Ventile 33 und 34 werden automatisch betrieben unter Verwendung einer digitalen Recheneinrichtung für allgemeine Zwecke, nicht gezeigt. Ein HPLC-Probenautomat kann verwendet werden, um, wenn benötigt, Proben zu den Ventilen 33 und 34 zuzuführen. Die Verrohrung 35, 36 und 37 führt Naphtha zu einem Längenabschnitt der Röhre 38, der kein elektrischer Leiter ist (wie beispielsweise PEEK-Röhren vom HPLC-Grad). Die Röhre 24 führt Naphtha 12 zum Inline-Mischer 28. Unterschiede zwischen den Innendurchmessern und Längen der gewendelten Röhren 19, 20 und 21 leiten den Großteil des Flusses an Naphtha 12 von der Pumpe 14 durch die gewendelte Röhre 21.
Eine Quelle 26 von Ethylengas 27 wird mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 25 cm³/min STP durch die Röhre 25 in das Naphtha, welches in Röhre 24 fließt, eingebracht. Die Quelle 26 von Ethylengas 27 besteht aus einem Ethylenzylinder, der verbunden ist mit einem Druckregler (GO Modell PR50-1A11C3K111, San Dimas, California, so eingestellt, um auf 44,2 atm oder 4,6 MPa zu regeln) verbunden mit einem Massenflusssteuerer/regler (Porter Instrument Co. Modell 201-APBSVBAA, Hatfield, Pennsylvania) verbunden mit einem Saugdruckregler (GO Modell BP60-1A11IEK111, San Dimas, California, eingestellt, um auf 40,8 atm oder 4,2 MPa zu regeln) verbunden mit einem Rückschlagventil (Nupro Modell SS-4C1-1/3). Der Massenflusssteuerer/regler befindet sich in einem Thermobehälter, der auf 60°C gehalten wird (die elektronischen Komponenten des Massenflusssteuerers/reglers befinden sich jedoch außerhalb des thermischen Gehäuses, da sie bei 60°C nicht funktionieren).
Das Ethylengas 27 wird mit dem Naphtha 12 gemischt und darin gelöst in einem Inline-Mischer 28 (Alletch Part Nummern 20141 und 20147, Deerfield, Illinois) und dann durch die Röhre 40 zum Druckaufnehmer 29 (Validyne Modell P55D 4-V-1-60-S-4-B, Northridge, California) geführt. Die Röhre 41 führt dann das Naphtha und Ethylen zu einem Längenabschnitt von Röhre 30, der kein elektrischer Leiter ist (wie beispielsweise PEEK-Röhre von HPLC-Grad). Eine gewendelte Röhre 43 ist an einem Ende mit der Röhre 30 verbunden und an dem anderen Ende mit dem ersten Ende der ersten Leitung 44.
Die gewendelte Röhre 43 ist eine 50 Inch (1,3 m) lange Röhre aus rostfreiem Stahl mit 1/16 Inch (1,59 mm) Außendurchmesser und 0,050 Inch (1,27 mm) Innendurchmesser. Die erste Leitung 44 ist eine Wendel einer rostfreien Stahlröhre, welche 70 Inch (1,8 m) lang ist mit 1/16 Inch (1,59 mm) Außendurchmesser und 0,050 Inch (1,27 mm) Innendurchmesser. Das zweite Ende der ersten Leitung 44 ist mit einem Längenabschnitt der Röhre 47, der kein elektrischer Leiter ist (wie beispielsweise Röhre von HPLC-Grad, hergestellt von TEFLON brand FEP-Polymer) über den Druckregler 45 und die Röhre 46 verbunden.
Wie im Folgenden ausführlicher diskutiert werden wird, sind die gewendelte Röhre 43 und die erste Leitung 44 in einer thermischen Isolierung 42 eingeschlossen, während die Röhre 39 die Röhre 38 mit der gewendelten Röhre 43 und dem ersten Ende der ersten Leitung 44 verbindet.
Nun bezugnehmend auf 2 ist darin eine schematische Zeichnung der gewendelten Röhrenanordnung 42, 43, 44 aus 1 ausführlicher gezeigt. Die Verbindung der Röhre 39, der gewendelten Röhre 43 und der ersten Leitung 44 wird durch ein 1/16 Inch (1,59 mm) T-Stück 50 aus rostfreiem Stahl ermöglicht. Die Röhre 39 ist ein Längenabschnitt einer Röhre aus rostfreiem Stahl mit 1/32 Inch (0,79 mm) Außendurchmesser und 0,007 (0,178 mm) Innendurchmesser, welche an das T-Stück 50 angepasst ist durch Einführen der Röhre 39 durch einen nicht gezeigten 3 Inch (75 mm) Längenabschnitt, einer Röhre aus rostfreiem Stahl mit 1/16 Inch (1,59 mm) Außendurchmesser und 0,040 Inch (1,02 mm) Innendurchmesser, die an dem T-Stück 50 angebracht ist. Die Röhre 39 wird so in den 3 Inch (75 mm) Längenabschnitt einer Röhre aus rostfreiem Stahl eingebracht, dass beim Einbringen das Ende der Röhre 39 im T-Stück 50 ausläuft und anschließend die Röhre 39 um 0,5 mm zurückgezogen wird. Die Röhre 39 wird dann an den 3 Inch (75 mm) Längenabschnitt der Röhre aus rostfreiem Stahl angezogen unter Verwendung einer 1/16 auf 1/32 Inch (1,59 auf 0,75 mm)-Röhreneinheit aus rostfreiem Stahl, nicht gezeigt.
Die gewendelte Röhre 43 und eine erste Leitung 44 sind um einen Zylinder aus thermischer Isolierung aus geschäumtem Silikongummi 52 gewunden. Eine Bedeckung der thermischen Isolierung aus geschäumtem Silikongummi 51 wird ebenfalls verwendet, so dass die gewendelte Röhre 43 und eine erste Leitung 44 im Wesentlichen von thermischer Isolierung umgeben sind.
Eine Elektrizitätsquelle 53 (zwei Kepco Modell ATE 36-15M DC-Energieversorgungseinheiten, die ihre positiven Enden gemeinsam haben) ist von dem gemeinsamen positiven Ende mit dem T-Stück 50 durch den Draht 55 verbunden. Ein negatives Ende der Elektrizitätsquelle 53 ist in der Nähe von einem Ende der gewendelten Röhre 43 mit dem Draht 56 verbunden. Das andere negative Ende der Elektrizitätsquelle 53 ist in der Nähe des zweiten Endes der ersten Leitung 44 mit dem Draht 54 verbunden.
Ein Voltmeter 62 (Keithley Modell 2000 6½-Digit-Multimeter, ausgestattet mit einem 20-Kanal-Multiplexer, Cleveland, Ohio) ist mit dem T-Stück 50 durch den Draht 63 verbunden. Das Voltmeter 62 ist ebenfalls gezeigt, verbunden mit einer Zwischenposition der ersten Leitung 44 durch den Draht 60. Der Multiplexer des Voltmeters 62 verbindet alternativ das Voltmeter 62 mit Drähten 57, 58, 59 oder 61, je nach Programmierung über den digitalen Allzweck-Computer, nicht gezeigt. Die Drähte 54–61 sind bevorzugt mit der gewendelten Röhre 43 und der ersten Leitung 44 durch Silberweichlöten verbunden. Die nicht leitende Verrohrung 30, 38 und 47, gezeigt in 1, stellt elektrische Isolierung für das in 2 gezeigte System bereit.
Nun bezugnehmend auf 3 ist darin eine Seitenansicht des Druckreglers 45, teilweise in Vollansicht und teilweise in Schnittansicht, gezeigt. Der Druckregler 45 umfasst einen Körper 74 aus rostfreiem Stahl, der durchbohrt ist, um Flussdurchgänge 75 und 76 bereitzustellen. Der Durchgang 75 ist mit der Röhre 46 aus 1 verbunden. Der Körper 74 ist auch so ausgeführt, um eine o-Ringdichtung 73 aufzunehmen. Eine 127 Mikrometer dicke Scheibe 72 aus rostfreiem Stahl ist gegen den Körper 74 vorgespannt durch den Elektromagnet 70 (Trombetta Model Q517 mit einer 24 V-Wendel, Monomonee Falls, Wisconsin) über den Kolben 71 aus rostfreiem Stahl.
In 3 ist gezeigt, dass der Kolben 71 an der Stelle, an der er die Scheibe 72 berührt, breiter ist als an dem Elektromagnet 70. Es wurde jedoch kürzlich gefunden, dass es vorzuziehen ist, den Kolben 71 als geraden Zylinder von dem Elektromagneten 70 zu der Scheibe 72 auszubilden, wobei der so modifizierte Kolben 71 sich durch eine Unterlegscheibe erstreckt, wobei die Unterlegscheibe an den Körper 74 geschraubt ist, um den äußeren Teil der Scheibe 72 gegen den Körper 74 zu pressen, während der zentrale Teil der Scheibe 72 frei ist, um gegen den modifizierten Kolben 71 aufwärts zu springen.
Die Menge an Strom, die zu dem Elektromagneten 70 zugeführt wird, wird durch Regelung unter Verwendung der digitalen Recheneinrichtung für allgemeine Zwecke, nicht gezeigt, und das Signal von dem Druckaufnehmer 29 bestimmt. Wenn der Druckaufnehmer 29 einen höheren oder niedrigeren Druck als gewünscht wahrnimmt, dann führt das Regelungssystem dem Elektromagneten 70 entsprechend weniger oder mehr Strom zu, so dass der hydraulische Druck in der gewendelten Röhre 43 und der ersten Leitung 44 gesteuert/geregelt wird, auf einen im Wesentlichen konstanten Druck von 400 Pfund/Quadratinch (2,8 MPa).
Das Verfahren der gegenwärtigen Erfindung kann verwendet werden, um eine chemische Antwort zu untersuchen, die eine Änderung der Temperatur hervorruft. Beispielsweise kann die gegenwärtige Erfindung verwendet werden, um eine Phasenänderung einer Chemikalie oder eine exotherme oder endotherme chemische Reaktion, an der eine chemische Substanz beteiligt ist, zu untersuchen. Das Verfahren der gegenwärtigen Erfindung umfasst die folgenden drei Schritte. Der erste Schritt ist, eine chemische Substanz durch eine Leitung fließen zu lassen, wobei die Leitung sich in thermischer Kommunikation mit einem elektrischen Leiter befindet, wobei der elektrische Leiter kolinear zu der Leitung ist, wobei der elektrische Widerstand des elektrischen Leiters eine Funktion der Temperatur des elektrischen Leiters ist.
Nun bezugnehmend auf 2 ist die erste Leitung 44 aus rostfreien Stahlröhren hergestellt. Röhren aus rostfreiem Stahl sind sowohl eine Leitung für Fluide als auch ein elektrischer Leiter. Der elektrische Widerstand einer Röhre aus rostfreiem Stahl mit einer bestimmten Länge und einem bestimmten Innen- und Außendurchmesser ist eine Funktion der Temperatur der Röhre. Als eine generelle Regel ist der elektrische Widerstand eines beliebigen elektrischen Leiters mit einer bestimmten Dimension eine Funktion der Temperatur des Leiters.
Die erste Leitung 44 ist somit auch der elektrische Leiter des Verfahrens der gegenwärtigen Erfindung, und sie sind offensichtlich in thermischer Kommunikation. Es sollte jedoch verstanden werden, dass andere Strukturen verwendet werden können. Z. B. kann eine Kapillarröhre aus Quarzglas als Leitung verwendet werden, wobei die Kapillarröhre aus Quarzglas mit einem Metall als elektrischem Leiter (oder anderem elektrischen Leiter) beschichtet ist (oder alternativ damit ausgekleidet ist). Oder es kann in einem Körper als dem Leiter ein Kanal geformt werden und ein Metallstreifen kann darin oder darauf oder in thermischer Kommunikation mit dem Kanal als elektrischer Leiter angebracht sein. Die Bezeichnung "thermische Kommunikation" bedeutet, dass die Temperaturänderung, die von der Antwort der chemischen Substanz verursacht wird, thermisch zu dem elektrischen Leiter geführt werden muss.
Der elektrische Leiter muss "kolinear" mit der Leitung sein. In dem in 2 gezeigten System sind die Leitung und der elektrische Leiter dieselbe Struktur und somit klar kolinear. Elektrische Leiter, die quer durch einen in einem Körper geformten Kanal angeordnet sind und sich mit diesem in thermischer Kommunikation befinden (siehe Zieren et al., oben diskutiert), sind jedoch nicht kolinear. Ein elektrischer Leiter aus einer Serpentine, Quadratwelle oder Sinuswelle, die in thermischer Kommunikation mit einem geraden Längenabschnitt eines in einem Körper gebildetem Kanals angeordnet sind, sind ebenfalls nicht "kolinear" mit einem solchen Kanal. Somit bedeutet die Bezeichnung "kolinear", dass der elektrische Leiter und die Leitung im Wesentlichen parallele longitudinale Achsen entlang der Leitung und des elektrischen Leiters aufweisen.
Die Beschränkung, dass die Leitung und der elektrische Leiter "kolinear" sein müssen, bedeutet nicht, dass die Leitung und der elektrische Leiter entlang einer kontinuierlichen geraden Linie angeordnet sein müssen. Die Leitung und der elektrische Leiter können gewendelt (wie in 2 gezeigt) oder anderswie konfiguiert sein, solange sie "kolinear" zueinander sind, wie oben definiert.
Der zweite Schritt der gegenwärtigen Erfindung ist, während des ersten Schritts Elektrizität durch den elektrischen Leiter fließen zu lassen. Nun bezugnehmend auf 2 fließt die Elektrizität in der Schaltung von der Elektrizitätsquelle 53 durch den Draht 55 durch die erste Leitung 44 durch den Draht 54 zurück zur Elektrizitätsquelle 53. Die Menge des elektrischen Stroms, der durch den elektrischen Leiter geleitet wird, ist im Allgemeinen (aber nicht notwendigerweise) ausreichend, um die Temperatur der Leitung deutlich ansteigen zu lassen, da die Antwort der chemischen Substanz oft bei erhöhten Temperaturen untersucht wird. Wenn es wünschenswert ist, chemische Antworten bei erhöhten Temperaturen zu studieren, so kann das System durch Verwendung von z. B. der gewendelten Röhre 43 aus rostfreiem Stahl, gezeigt in 2, vorgeheizt werden, wobei diese Röhre 43 durch die Elektrizitätsquelle 53 über die Drähte 56 und 55 elektrisch beheizt wird.
Der dritte Schritt ist, den elektrischen Widerstand des elektrischen Leiters während des zweiten Schritts zu messen, um irgendeine Änderung der Temperatur der Leitung zu bestimmen, die durch eine Antwort der chemischen Substanz hervorgerufen wird. Nun bezugnehmend auf die 1 und 2, wenn ein Polymerisationskatalysator (0,02 M in Naphtha) durch das Injektionsventil 33 injiziert wird und ein Katalysatoraktivator (0,02 M in Naphtha) zum selben Zeitpunkt durch das Injektionsventil 34 injiziert wird, dann wird der aktive Katalysator das vorgewärmte Naphtha und den Ethylenstrom in dem T-Stück 50 treffen und durch die erste Leitung 44 auf den Druckregler 45 zufließen.
Wärme wird produziert, wenn das Ethylen in der ersten Leitung 44 unter Bildung von Polyethylen als Reaktionsprodukt polymerisiert wird. Die Wärme erhöht die Temperatur der ersten Leitung 44. Der elektrische Widerstand der ersten Leitung 44 kann günstiger Weise unter Verwendung des Voltmeters 62 gemessen werden, um die Spannungen der Drähte 58–61 zu messen, wobei diese Spannungen eine Funktion der Temperaturen der entsprechenden Teile der ersten Leitung 44 sind.
Die Vorwärmersektion (gewendelte Röhre 43) wird durch einen Strom von 3,113 A erwärmt. Die Reaktorsektion (erste Leitung 44) wird mit einem Strom von 2,389 A erwärmt. Während man das Naphtha und Ethylen durch die Vorwärmersektion fließen lässt, werden sie von Raumtemperatur auf 178°C erwärmt. Die Naphtha- und Ethylenmischung, welche durch die Leitung 44 fließen gelassen wird, wird von 178°C auf 182°C erwärmt, wenn keine Injektion von Katalysator und Katalysatoraktivator durchgeführt wird.
Nun bezugnehmend auf 4 ist darin eine graphische Darstellung der Temperatur der ersten Leitung 44 zwischen den Drähten 59 und 60 gegen die Zeit in Sekunden nach der Injektion des Katalysators und des Aktivators gezeigt. Der in 4 gezeigte Graph deutet an, dass die Temperatur der ersten Leitung 44 zunächst nach ungefähr 100 Sekunden von einer Grundlinientemperatur von 180°C ansteigt, nach ungefähr 190 Sekunden eine Maximaltemperatur von ungefähr 187°C erreicht und anschließend nach 800 Sekunden auf im Wesentlichen die Grundlinientemperatur von 180°C abfällt, um einen Temperatur-"Peak" zu bilden.
Der Temperatur-Peak kann mit einer beliebigen herkömmlichen Peak-Messungstechnik wie beispielsweise der Peakfläche oder Peakhöhe gemessen werden. Ein größerer Peak ist ein Hinweis dafür, dass das injizierte Katalysatorsystem eine größere katalytische Wirkung auf die Polymerisation von Ethylen zu Polyethylen besitzt. Der Druckregler 45 hilft, trotz der Erhöhung der Viskosität in der Leitung 44, die von der Polymerisation des Ethylens zu Polyethylen verursacht wird, einen konstanten hydraulischen Druck in der Leitung 44 zu halten.
Die obige Diskussion wurde in Bezug auf eine spezifische Apparatur und Methode ausgeführt. Selbstverständlich ist der Rahmen der gegenwärtigen Erfindung viel breiter als die oben diskutierte spezifische Apparatur und Methode. Beispielsweise kann die chemische Substanz kontinuierlich in die Leitung fließen gelassen werden, die chemische Substanz kann eine beliebige reaktive Chemikalie oder Mischung von Chemikalien sein, wie beispielsweise eine Mischung von Monomeren, und ein beliebiges Fluid kann durch die Leitung fließen gelassen werden (Gas, flüssig, superkritisch fluid oder eine Suspension von Materialien) darin).
Wenn die erste Leitung eine Metallröhre ist, dann gibt es zahlreiche Faktoren, die beachtet werden müssen, um die Sensitivität der gegenwärtigen Erfindung zu optimieren. Beispielsweise ist das Verhältnis der Querschnittsfläche des Metalls der Röhre zu der Querschnittsfläche des Kanals, welcher durch die Röhre bestimmt ist, vorzugsweise kleiner als 10. Das in 1 gezeigte System weist ein solches Verhältnis von ungefähr 0,56 auf, da Röhren mit relativ dünnen Wänden verwendet werden. Wenn eine Röhre aus rostfreiem Stahl mit 0,02 Inch (0,51 mm) Innendurchmesser, 1/16 Inch (1,59 mm), in dem in 1 gezeigten System verwendet wird, dann ist das Verhältnis ungefähr 8,8 und die Sensitivität des Systems ist ungefähr zehnmal geringer.
Wenn die erste Leitung und der elektrische Leiter eine Metallröhre sind, dann ist es bevorzugt, ein Metall wie beispielsweise rostfreien Stahl zu verwenden, das einen relativ hohen spezifischen Widerstand aufweist. Wenn ein Metall verwendet wird, das einen relativ geringen spezifischen Widerstand aufweist, dann wird mehr Strom benötigt, um eine bestimmte Leistungsdissipation zu produzieren. Selbstverständlich wird die Verwendung einer dünnerwändigen Metallröhre mit beliebigem gegebenen Außendurchmesser einen solchen Spannungsverlust aufgrund von größerem elektrischen Widerstand pro Längeneinheit erhöhen.
Das von der ersten Leitung fließende Reaktionsprodukt kann durch eine beliebige Zahl von chemischen Analysetechniken wie beispielsweise Massenspektroskopie, Gaschromatographie und Flüssigchromatographie weiter analysiert werden. Wenn gewünscht, können eine Vielzahl von parallelen Leitungs-/elektrische Leiter-Systemen verwendet werden, um die Anzahl an chemischen Antworten, die in einer bestimmten Zeitperiode untersucht werden können, zu erhöhen.
Die Leitung und der elektrische Leiter sind bevorzugt von thermischer Isolierung umgeben. Beispielsweise können sie sogar in einem Vakuum eingeschlossen sein. Nützliche Ergebnisse können jedoch ohne solche thermische Isolierung erhalten werden. Beispielsweise können durch Bewegen eines Luftstroms über die Leitung und den elektrischen Leiter nützliche Ergebnisse erhalten werden.
Im Allgemeinen wird ein gewöhnlicher Fachmann die zahlreichen Faktoren (wie beispielsweise die thermische Leitfähigkeit, Wärmekapazität und Abmessungen der Leitung) erkennen, die eine beliebige bestimmte Anwendung der gegenwärtigen Erfindung beeinflussen. Der Hauptvorteil der gegenwärtigen Erfindung ist, dass sie eine weniger komplexe und wirtschaftlichere Methode und Apparatur zur Untersuchung der thermischen Effekte von chemischen Antworten bereitstellen kann. Ein weiterer Vorteil der gegenwärtigen Erfindung ist, dass dabei eine relativ kleine Menge der zu untersuchenden Chemikalie(n) verwendet wird.

Claims

Thermisches Verfahren zur Untersuchung chemischer Antworten, welches die Schritte umfasst: (a) Fließen lassen eines chemischen Reaktanten (27) durch eine Leitung (44) die ein elektrischer Leiter ist, wobei der elektrische Widerstand der Leitung (44) eine Funktion ihrer Temperatur ist; (b) Fließen von Elektrizität durch die Leitung (44) während Schritt (a); und (c) Messen des elektrischen Widerstands der Leitung (44) während Schritt (b) um irgendeine durch eine Antwort des chemischen Reaktanten (27) verursachte Temperaturänderung des Leiters zu bestimmen, wobei die Antwort eine Reaktion des chemischen Reaktanten unter Bildung eines Reaktionsprodukts ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt (a) der chemische Reaktant in einer Flüssigkeit (12) dispergiert ist die durch die Leitung fließt, wobei in Schritt (b) die Leitung durch die Elektrizität erwärmt wird, und wobei eine vorgewählte Menge eines Katalysators für die Reaktion in die Flüssigkeit eingebracht wird, so dass in Schritt (c) die Temperatur der Leitung zunächst von einer Grundlinientemperatur aus ansteigt und dann auf im Wesentlichen die Grundlinientemperatur absinkt um eine gemessene Temperaturspitze zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der elektrische Widerstand des elektrischen Leiters an mehr als einer Stelle des elektrischen Leiters gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der hydraulische Druck der durch die Leitung fließenden Flüssigkeit gesteuert/geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der chemische Reaktant ein Monomer umfasst und das Reaktionsprodukt ein Polymer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der elektrische Widerstand des elektrischen Leiters an mehr als einer Stelle des elektrischen Leiters gemessen wird, wobei der hydraulische Druck der durch die Leitung fließenden Flüssigkeit gesteuert/geregelt wird, wobei der chemische Reaktant ein Monomer umfasst und wobei das Reaktionsprodukt ein Polymer umfasst.
Vorrichtung zur Untersuchung chemischer Reaktionen, umfassend: (a) eine erste Leitung (44), wobei die erste Leitung ein elektrischer Leiter ist, der ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei der elektrische Widerstand der ersten Leitung eine Funktion der Temperatur der ersten Leitung ist; (b) eine Elektrizitätsquelle (53), wobei die Elektrizitätsquelle in elektrischer Verbindung mit der ersten Leitung (44) ist, so dass Elektrizität durch die erste Leitung geleitet werden kann; (c) ein Spannungsmessgerät (62) in elektrischer Verbindung mit der ersten Leitung, so dass die durch das Spannungsmessgerät (62) gemessene Spannung ein Hinweis auf die Temperatur der ersten Leitung (44) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, welche ferner (d) eine zweite Leitung umfasst, wobei die zweite Leitung ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende der zweiten Leitung in fluider Verbindung mit dem zweiten Ende der ersten Leitung steht, wobei die zweite Leitung kein elektrischer Leiter ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, welche ferner (e) ein Injektionsventil (33, 34), welches in fluider Verbindung mit dem ersten Ende der ersten Leitung ist; und (f) eine Pumpe (14) in fluider Verbindung mit dem Injektionsventil umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, welche ferner (g) eine Hydraulikdruck-Steuerung/-Regelung (45) umfasst, wobei die Hydraulikdruck-Steuerung/-Regelung (45) in fluider Verbindung mit dem zweiten Ende der zweiten Leitung steht.