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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 2nd 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.
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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.
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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.
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1 ist
eine schematische Zeichnung einer speziellen Apparaturausführungsform
der gegenwärtigen
Erfindung, welche eine gewendelte Röhrenanordnung und einen Druckregler
enthält;
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2 ist
eine detailliertere schematische Zeichnung der gewendelten Röhrenanordnung;
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3 ist
eine Seitenansicht des Druckreglers, teilweise in Vollansicht und
teilweise in Schnittansicht; und
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4 ist
eine graphische Darstellung der Temperatur gegen die Zeit unter
Verwendung der gegenwärtigen
Erfindung, um eine katalysierte Polymerisationsreaktion zu untersuchen.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.