DE7144398U - Reaktionsgefäß zur isothermen Kalon metne - Google Patents

Description

Badische Ar^Jlin- & Soda-Fabrik AG

Unser Zeichen: O.Z. Γ~ °19 De/L 67ΟΟ Ludwigshafen, 24.11.1971

Reactionsgefass zur Isothermen Kalorimetrie

Die Erfindung betrifft ein Reaktionfgefäss zur isothermen Kalorimetrie von etwa becherartiger Form mit einer den Becher inner,.-raum unigebenden Heizwendel, bei dea im Becherinnenraum in der _: Nähe eines Temperaturfühlers ein Behälter zur Aufnahme einer Probe sowie Zu- und Abführstutzen für das Einleiten eines Gases r J derart angebracht sind, dass die Probe vom Gas durchströmt wird.

Die Erfindung erschliesst der isothermen Kalorimetrie ein gewisses Arbeitsgebiet, das bisher vorzugsweise den Differential-Thermo-Analyse-(DTA)-Apparaturen vorbehalten war, nämlich das Gebiet der Reaktionen von Gasen mit Festkörpern, z.B. mit Kataly-

satorproben.

; Das Prinzip der isothermen Kalorimetrie, wie es besonders vor-

* teilhaft in einem von der Anmelderin vorgeschlagenen Verfahren

% ausgeübt wird, besteht darin, dass die in der Probe durch eine

chemische oder physikalische Umwandlung entstehende Temperatur-

ν > änderung durch Zufuhr von elektrischer Energie in eine geeignet

. eingebaute Heiζwendel so genau auf Null kompensiert wird, dass

jene kompensierende Heizleistung ein genaues Mass der mit der betreffenden Zustandsänderung verbundenen Enthalpieänderung Is*. Da das Reaktionsgefass durch einen geeignet bemessenen Wärmeleitungswiderstand mit einem thermostat!erten Reservoir verbun den ist, hält die kompensierende Heizleistung somit die stationä-■1 re Temperaturdifferenz zwischen Reakt ions ge fass und Reservoir aufrecht.

Die Kompensationsleistung wird als Funktion der Zeit registriert, so dass erstens unmittelbar die Kinetik der Reaktion und zwei tens als Flächenintegral unter der registrierten Kurve, quantitativ die Enthaipieänderung infolge der Reaktion eindeutig mess- ^J bar werden. Die Messgrösse, d.i. die Kompensationsleistung, ist 578 I/70 -_4/ . _onö -2-

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genau eichfähig, nämlich mit elektrischen Normalien.

Da bei der erfindungsgemässen Bauart die Probe vom Gas quantitativ durchströmt wird, ist es zweckmässig, in den Gasstrom vor dem Einlass und/oder nach dem Auslass Analysengeräte einzuschalten, z.B. Gas-Chromatographen.

PUr dieses vorgeschlagene Messverfahren der isothermen Kalorimetrie sind die für das DTA-Verfahren benutzten Reaktionsgefässe grundsätzlich nicht verwendbar. Die DTA-Apparaturen sind dadurch gekennzeichnet, dass sich ein kleines, napfförmiges Probengefäss In einem grossen, es umgebenden Gasraum befindet, dessen Wandung durch eine Heizwendel erwärmt wird. Für das Aufprägen einer kompensierenden Heizleistung, wie sie die isotherme Kalorimetrie benötigt, ist somit bei jenen Gefässen die Wärmeleistung zwischen Heizwendel und Probe nicht ausreichend. Zudem ist das Gas nur auf die Probe aufgestellt, es durchströmt sie aber nicht quantitativ.

Bei dem dta-verfahren steht als Messgrösse die vergleichsweise SWiIiVVIiV iiiv«|nBvi«iu»is iEiiipEiauuiuii χ ciciiii 2iniov;iicii r χ uuc Uliu

Wand zur Verfügung, wobei das Erfordernis einer Vergleichssubstanz eine weitere Quelle für Fehler und Unklarheiten ist. Jene Verglelchssubstanz befindet sich in einem gleichartigen Napf mit gleichartigem Thermofühler wie die Probe selbst; die Vergleichssubstanz muss die recht schwierig beweisbare Eigenschaft haben, unbedingt temperaturinert zu sein. Die DTA arbeitet nämlich keineswegs Isotherm, sondern die Wandung des Gasraumes wird mit einer wählbaren Temperaturrate zeitlich ansteigend erwärmt. Die isotherme Kalorimetrie dagegen bedarf keiner solchen Vergleiohssubstanz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reakt ions ge fass der eingangs genannten Art so auszubilden, dass der Probenbehälter für die isotherme Kalorimetrie geeignet, einfach zu handhaben und unbeschränkt oft verwendbar 1st.

Gemäss der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Behälter aus zwei im Passitz zusammensetzbaren, im wesentlichen hohl zylindrischen Körpern besteht, zwischen denen zur Aufnahme

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der Probe eine oder mehrere Aussparungen angeordnet sind. Bei einer zweckmässigen Ausgestaltung des erfindungsgemässen Reaktionsgefässes ist einer der im wesentlichen hohlzylindrischen Körper an seiner Aussen- bzw. an seiner Innenmantelfläche mit einer rillen- oder nutförmigen, in Spiralform verlaufenden Aussparung versehen. Damit ist in einfacher Weise erreicht -, dass nur einer der hohlzylindrischen Körper zur Erzeugung der Aussparung bearbeitet werden muss, während die entsprechende Deckfläche des anderen Körpers glatt eingeschliffen sein soll. Durch die Ausbildung der Aussparung in Spiralform wird der Vorteil erhalten, dass der Probenbehälter in kompakter Welse in einen Gaskreislauf einschaltbar ist.

Eine weitere erfinderische Ausbildung besteht in einer hohlen konischen Ausführung der Körper. Dadurch wird die Herstellung eines Passitzes der Körper vereinfacht.

Fernei wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die hohlen konischen Körper in einem entsprechend konisch ausgeführten Sitz eines Heizkörpers einsetzbar sind. Dadurch ist der Probenkörper vom Heizkörper lösbar, was den Vorteil bietet, dass beim erforderlichen Einrütteln der körnigen oder pulverförmigen Probe die empfindliche Heizwicklung der Rüttelbeanspruchung nicht ausgesetzt zu werden braucht. Durch den ebenfalls konischen Passitz des Probenbehälters im Heizkörper ist ein guter Wärmeübergang gewährleistet. Schliesslich bestehen die Hohlkörper vorzugsweise aus Edelstahl.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend beschrieben.

In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 ein teilweise im Schnitt dargestelltes Reaktionsgefass, Figur 2 die Anordnung des Reaktionsgefässes nach Figur 1 in einem thennostatlerten Raum, der von einem Isoliermantel umgeben 1st.

Die Teile eines Reaktionsgefässes 30 bestehen ausschliesslieh aus Edelstahl. Die Körper 1 und 2 sind konisch Ineinanderpassend

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eingeschliffen. Ist der Körper 1 herausgenommen, so ist die eingefräste Rille 3 leicht zugänglich zum Entleeren und Säubern. Einer der zur Begrenzung des Probenraumes erforderlichen Pfropfen 4 aus EdeIstahldraht-Gaze ist leicht an der dann ebenfalls zugänglichen Stelle A einzudrücken. Körper 1 wird in Körper 2 eingesetzt und duroh Anziehen der Schrauben 5 fest darin eingepresst. Der Block wird auf einen Rütteltisch gebracht und mittels eines Trichters durch den Anschlussstutzen 6 mit dem zuvor abgewogenen pulvrigen oder körnigen Material bis zur Höhe der Stelle B gefüllt. Danach wird durch dein Anschlussstutzen 6 der zweite PfroDfen 4 aus Edelstahldraht-Gaze an die Stelle B eingeführt. Der Körper 2 ist aussen ebenfalls konisch passend eingeschliffen in den Heizkörper 7, auf dessen äusserer Mantelfläche eine bifilare Heizwicklung 8 aufgewickelt ist und in den als Temperaturfühler des Regelkreises vier PTC-Widerstandsstäbchen 9 gleichmassig auf den Umfang eingesetzt sind. Der Passitz des die Probe enthaltenden, aus den Körpern 1 und 2 bestehenden Blockes wird durch Anziehen einer Schraube 10 erreicht. Ein Toleranzraum 13 ist vorgesehen, damit die Schraube 10 stets genügend fest angezogen werden kann. Die Anschlüsse ti?* zen 6 und 11 dienen zum Durchleiten des Gasstromes; sowohl an 6 als auch an 11 sind deshalb Edelstahlkapillaren gasdicht einschraubbar. Durch die beschriebene Anordnung des Gasweges werden Strömungsnetwnschlüsse des Gasstromes vermieden. Das gesamte, aus den Teilen 2 bis 11 bestehende Reaktionsgefäss 30 sitzt auf drei Stützen 12 aus isolierendem, temperaturfestem Material.

Den Aufbau des gesamten Kalorimeters zeigt Figur 2. Das Reaktionsgefäss 30 ist mittels der drei Stützen 12 auf einer Grundplatte 14 festgeschraubt. Die Grundplatte 14 schliesst, zusammen mit einer ähnlich ausgebildeten Deckplatte 15, einen hohlzylindrischen Block 16 ein, in welchem eine Heizwicklung 17 und ein Hohlzylinder 18 durch drei metallene Zylinderwände 19 bis 21 miteinander im Wärmekontakt stehen. In die innerste der drei metallenen Zylinderwände, in 19, sind nichtdargestellte Temperaturfühler eingelassen, die zusammen mit der Heizwicklung und konventionellen Schaltmitteln einen Regelkreis für das äussere thermostatierte Reservoir bilden, als welohes die Metallmassen der Zylinderwände 19 bis 21 und der Deckplatten 14 und

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wirken. Als Wärmeleitungswiderstand dient ein Luftspalt 22. Durch den Hohlzylinder 18 des äusseren thermostatierten Reservoirs ist auf einem langen Wege in zahlreichen Windungen eine Edelstahlkapillare 24- geführt, so dass der Gasstrom in temperiertem Zustande in das Reaktionsgefäss tritt. Eine gleichartige Kapillare 25 führt den Gasstrom ab, z.B. zu einem Gas-Chromatographen. Der mit Aluminiumsilikatwolle gefüllte Isoliermantel ist mittels Schnallen 26 aus zwei Hälften zusammengesetzt, die untere Hälfte besitzt Durchbrüche für die Kapillaren 24 und 25, die mit Zuleitungen 28 und 29 gasdicht verschraubt sind. Die Anordnung ruht auf einem kegelstumpfförmigen Fuss 27 aus Blech.

Dadurch, dass der Strom des Trägergases durch das Reaktionsgefäss identisch sein kann mit dem Trägergasstrom von Analysengeräten, seien sie vor- oder nachgeschaltet, sind beachtenswerte Anordnungen nicht nur für qualitative, sondern auch für quantitative Analysen möglich, z.B. für die Untersuchung der Wirksamkeit von Katalysatoren.

Das Reaktionsgefäss zeichnet sich durch eins relativ einfache und eine besonders zweckmässige Bauweise aus.

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Claims (5)

- 6 ■■ ο.Ζ. 27 819 ^ Schutzansprüche

1. Reaktionsgefäss zur isothermen Kalorimetrie von etwa becherartiger Form mit einem den Becherinnenraum umgebenden Heizwendel, bei dem im Becherinnenraum ein Behälter zur Aufnahme einer Probe in unmittelbarer Nähe eines Temperaturfühlers vorgesehen ist und Zu- und Abführleitungen für ein Gas angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter aus zwei im Passitz zusammensetzbaren, im wesentlichen hohlzylindrischen Körpern (l, 2) besteht, zwischen denen zur Aufnahme der Probe eine oder mehrere Aussparungen (3) angeordnet sind.

2. Reaktionsgefäss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Körper (1 bzw. 2) an seiner Aussen- bzw. an seiner Innenmantelfläche mit einer rillen- eder nutförmigen, in Spiralform verlaufenden Aussparung (3) versehen ist.

3. Reaktionsgefäss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper als hohle, konische Körper (1, 2) ausgeführt sind.

4. Reaktionsgefäss nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hohlen konischen Körper in einem entsprechend konisch ausgeführten Sitz eines Heizkörpers (7) einsetzbar sind.

5. Reaktionsgefäss nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper (1, 2 und 7) aus Edelstahl bestehen.

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Zelehn.