RU134650U1 - COMPLEX FOR RESEARCH OF PROCESSES OF THERMAL DECOMPOSITION OF NON-METAL MATERIAL - Google Patents
COMPLEX FOR RESEARCH OF PROCESSES OF THERMAL DECOMPOSITION OF NON-METAL MATERIAL Download PDFInfo
- Publication number
- RU134650U1 RU134650U1 RU2012153555/28U RU2012153555U RU134650U1 RU 134650 U1 RU134650 U1 RU 134650U1 RU 2012153555/28 U RU2012153555/28 U RU 2012153555/28U RU 2012153555 U RU2012153555 U RU 2012153555U RU 134650 U1 RU134650 U1 RU 134650U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- furnace
- sample
- decomposition products
- complex
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
1. Комплекс для исследования процессов терморазложения неметаллического материала, содержащий печь для разложения образца материала с температурным блоком для контроля и программируемого задания изменения температуры внутри печи, пробоотборник для сбора газообразных продуктов разложения и блоки аппаратуры для управления газовыми потоками и анализа продуктов разложения, отличающийся тем, что он дополнительно содержит термоанализатор и блок улавливания конденсированных продуктов разложения, установленный между печью и пробоотборником для сбора газообразных продуктов разложения, при этом блок улавливания конденсированных продуктов разложения состоит из установленных последовательно сепараторов для улавливания высокотемпературной и низкотемпературной конденсированных фракций с возможностью регулирования температуры термостатирования сепараторов, а внутри печи установлены, как минимум, два датчика для измерения температуры внутри образца и вне образца или на его поверхности.2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что для определения удельного теплового эффекта терморазложения он дополнительно содержит калориметр.3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что он снабжен датчиком для контроля давления внутри печи и рабочей камеры.4. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что он снабжен средствами для регулирования атмосферы внутри печи и рабочей камеры.1. A complex for studying the processes of thermal decomposition of non-metallic material, comprising a furnace for decomposing a sample of material with a temperature unit for monitoring and programmable task of changing the temperature inside the furnace, a sampler for collecting gaseous decomposition products and units of apparatus for controlling gas flows and analysis of decomposition products, characterized in that it additionally contains a thermal analyzer and a condensate decomposition products capture unit installed between the furnace and the sampler lump for collecting gaseous decomposition products, while the condensed decomposition products collection unit consists of sequentially installed separators for collecting high-temperature and low-temperature condensed fractions with the possibility of controlling the thermostat temperature of the separators, and at least two sensors are installed inside the furnace for measuring temperature inside and outside the sample sample or on its surface. 2. The complex according to claim 1, characterized in that for determining the specific thermal effect of thermal decomposition, it additionally contains a calorimeter. The complex according to claim 1, characterized in that it is equipped with a sensor for monitoring pressure inside the furnace and the working chamber. The complex according to claim 1, characterized in that it is equipped with means for regulating the atmosphere inside the furnace and the working chamber.
Description
Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике. В частности, она предназначена для исследования процессов терморазложения, протекающих при повышенных (от комнатной до 1000°С) температурах, путем измерения состава и количества продуктов терморазложения. Под неметаллическим материалом в данной полезной модели подразумеваются полимерные или композиционные (на основе полимера) материалы. Полезная модель может также применяться для оценки степени пожарной безопасности изделий из неметаллических конструкционных и теплоизоляционных материалов, применяемых в быту, промышленности и в строительном деле, и для установления норм по их использованию (эксплуатации).The utility model relates to test equipment. In particular, it is intended for studying thermal decomposition processes occurring at elevated (from room temperature to 1000 ° C) temperatures by measuring the composition and quantity of thermal decomposition products. By non-metallic material in this utility model is meant polymer or composite (polymer-based) materials. The utility model can also be used to assess the degree of fire safety of products from non-metallic structural and heat-insulating materials used in everyday life, industry and construction, and to establish standards for their use (operation).
В настоящее время во многих отраслях промышленности, а также в быту, широко применяются изделия из разнообразных неметаллических материалов. В современном строительстве эти материалы весьма широко используются в качестве теплоизоляции, отделочных материалов и покрытий. В аварийных условиях (при пожаре) они могут подвергнуться нагреву до температуры 800°С и выше, в результате чего в окружающую среду выделяются газы - продукты терморазложения данных материалов. Эти газообразные продукты, в первую очередь, это водород, метан, этан, этилен и многие другие органические соединения, а также оксиды углерода и азота, являются токсичными и пожаро-взрывоопасными. Гибель людей при пожарах (по данным МЧС, в России ежегодные потери составляют ~ 13 тысяч (!) человек) обусловлена, по большей части, именно отравлением газообразными продуктами терморазложения и горения материалов.Currently, in many industries, as well as in everyday life, products from a variety of non-metallic materials are widely used. In modern construction, these materials are very widely used as thermal insulation, finishing materials and coatings. In emergency conditions (in case of fire), they can undergo heating up to a temperature of 800 ° С and higher, as a result of which gases are released into the environment - products of thermal decomposition of these materials. These gaseous products, primarily hydrogen, methane, ethane, ethylene and many other organic compounds, as well as carbon and nitrogen oxides, are toxic and explosive. The death of people during fires (according to the Ministry of Emergencies, in Russia the annual losses are ~ 13 thousand (!) People) is due, for the most part, to the poisoning by gaseous products of thermal decomposition and burning of materials.
Таким образом, изучение этих процессов имеет большое значение при оценке степени безопасности изделий из неметаллических материалов, полимеров и полимерных композитов.Thus, the study of these processes is of great importance in assessing the degree of safety of products from non-metallic materials, polymers and polymer composites.
Для проведения расчетно-экспериментальных оценок поведения конструкций, содержащих в своем составе неметаллические, полимерные и композиционные материалы, а также для выработки норм, обеспечивающих пожарную безопасность при применении этих материалов в промышленности и в быту, необходимо исследовать, как будут вести себя эти материалы при высоких температурах. Важно отметить, что для разработки и апробирования расчетно-теоретических моделей, описывающих поведение крупных образцов полимерных материалов, необходимо измерить распределение температуры в объеме образца в условиях протекания процессов терморазложения.In order to conduct computational and experimental assessments of the behavior of structures containing non-metallic, polymer and composite materials, as well as to develop standards that ensure fire safety when using these materials in industry and in everyday life, it is necessary to study how these materials will behave at high temperatures. It is important to note that in order to develop and test theoretical and theoretical models describing the behavior of large samples of polymer materials, it is necessary to measure the temperature distribution in the sample volume under conditions of thermal decomposition.
Имеющиеся на сегодняшний день стандартные исследовательские термоаналитические комплексы различных зарубежных фирм, таких как СЕТАРАМ, Меттлер Толедо, Перкин Элмер и др., предназначенные для изучения процессов, протекающих при нагревании образцов материалов, могут давать ценную информацию о температуре начала интенсивной термодеструкции (терморазложения), о составе и массе выделившихся газов, скорости газовыделения в зависимости от температуры (http://www.setaram.com, e-mail:sales@setaram.com; http://www.mtrus.com/ta, e-mail: inforus@mt.com).Currently available standard research thermoanalytical complexes of various foreign companies, such as SETARAM, Mettler Toledo, Perkin Elmer and others, designed to study the processes occurring when heating samples of materials, can provide valuable information about the temperature at which intensive thermal decomposition (thermal decomposition) begins, about composition and mass of gases released, gas evolution rates depending on temperature (http://www.setaram.com, e-mail: sales@setaram.com; http://www.mtrus.com/ta, e-mail: inforus @ mt.com).
Вместе с тем, указанные выше термоаналитические комплексы имеют существенный недостаток: с их помощью нельзя ответить на многие возникающие вопросы, в первую очередь, из-за небольшой массы исследуемых образцов (как правило, меньшей 1 г.) и, соответственно, слишком малых их размеров. Отсюда проистекает невозможность на вышеуказанном оборудовании получить распределение температуры, соответствующее достаточно крупному образцу, а этонеобходимо при моделировании процессов, более приближенных к реальности. Кроме того, на этом оборудовании невозможно достичь необходимых значений давления или состава газовой фазы в нагревательной камере с образцом, и измерить давление в камере в процессе нагрева. Совокупность перечисленных факторов приводит к тому, что данные, получаемые на серийно выпускаемом оборудовании, достаточно сильно отличаются от тех, которые мы имели бы в условиях, более близких к реальным, и поэтому получаемая информация является неполной.At the same time, the aforementioned thermoanalytical complexes have a significant drawback: they cannot be used to answer many questions that arise, first of all, due to the small mass of the samples under study (usually less than 1 g) and, accordingly, their size too small . This results in the impossibility of obtaining the temperature distribution corresponding to a sufficiently large sample on the above equipment, and this is necessary when modeling processes that are closer to reality. In addition, with this equipment it is not possible to achieve the required pressure values or the composition of the gas phase in the heating chamber with the sample, and to measure the pressure in the chamber during heating. The combination of these factors leads to the fact that the data obtained on a commercially available equipment are quite different from those that we would have in conditions closer to real, and therefore the information received is incomplete.
Наиболее близким к заявленному комплексу для исследования процесса термического разложения неметаллических материалов является газоаналитический комплекс на базе квадрупольного масс-спектрометра и пиролитической приставки АГКШ-01 фирмы ШИББОЛЕТ (г.Рязань, пр-зд Яблочкова, д.5, корп.19, http://www.shibbolet.ru).Closest to the claimed complex for studying the process of thermal decomposition of non-metallic materials is a gas analytical complex based on a quadrupole mass spectrometer and pyrolytic prefixes AGKSh-01 manufactured by SHIBBOLET (Ryazan, pr-zd Yablochkova, 5,
Печь в виде пиролитической приставки для разложения образца снабжена блоками управления температурой внутри печи, потоками газа носителя (2 канала), вентиля деления и регулирования (дозирования) газового потока в квадрупольном масс-спектрометре. Диапазон температуры нагрева печи 20-1000°С. Комплекс содержит модуль подготовки и напуска газовых проб с автономной вакуумной системой на базе турбомолекулярного насоса, с термостатом, с заданием и контролем температуры и давления в объемах напуска и регулированием (дозированием) потока газовой пробы в масс-спектрометр.The furnace in the form of a pyrolytic prefix for sample decomposition is equipped with temperature control units inside the furnace, carrier gas flows (2 channels), a gas distribution and regulation (metering) valve in a quadrupole mass spectrometer. The temperature range of the heating furnace is 20-1000 ° C. The complex contains a module for the preparation and inlet of gas samples with an autonomous vacuum system based on a turbomolecular pump, with a thermostat, with the task and control of temperature and pressure in the inlet volumes and regulation (dosing) of the gas sample flow into the mass spectrometer.
Комплекс АГКШ-01 предназначен только для газоаналитических измерений, и в нем отсутствуют возможности проведения термогравиметрического и дифференциального термического анализа. Он позволяет работать с более крупными, чем в стандартном термоаналитическом оборудовании образцами (объемом около 100 см3), однако в системе не предусмотрено измерение распределения температуры в объеме образца, что крайне необходимо для расчетно-экспериментальных оценок поведения конструкций, имеющих в своем составе крупногабаритные образцы неметаллического материала. Кроме того, в известном газоаналитическом комплексе АГКШ-01 из анализа исключена конденсированная фаза продуктов терморазложеиия, что существенно ограничивает возможности анализа и снижает его точность. К тому же, конденсированная фаза может загрязнять измерительные датчики системы, что также сказывается на точности результатов анализа.The AGKSh-01 complex is intended only for gas-analytical measurements, and there are no possibilities for conducting thermogravimetric and differential thermal analysis in it. It allows you to work with samples larger than in standard thermoanalytic equipment (with a volume of about 100 cm 3 ), however, the system does not provide for measuring the temperature distribution in the sample volume, which is extremely necessary for the calculation and experimental estimates of the behavior of structures containing large-sized samples non-metallic material. In addition, the condensed phase of thermal decomposition products is excluded from the analysis in the well-known gas analysis complex AGKS-01, which significantly limits the possibilities of analysis and reduces its accuracy. In addition, the condensed phase can contaminate the measuring sensors of the system, which also affects the accuracy of the analysis results.
Задачей настоящей полезной модели является расширение функциональных возможностей имеющегося оборудования и повышение точности результатов анализа.The objective of this utility model is to expand the functionality of existing equipment and increase the accuracy of analysis results.
При использовании заявляемой полезной модели достигается следующий технический результат:When using the claimed utility model, the following technical result is achieved:
- проводить на термоанализаторе СЕТАРАМ и калориметре ДСК-500, входящих в состав заявляемого комплекса, термоанализ образцов исследуемых материалов объемом до 1 см3 для определения удельной теплоты, интенсивности терморазложения, газовыделения и характерных температурных интервалов физико-химических превращений;- conduct on a CETARAM thermal analyzer and a DSK-500 calorimeter, which are part of the inventive complex, a thermal analysis of samples of the studied materials with a volume of up to 1 cm 3 to determine specific heat, rate of thermal decomposition, gas evolution, and characteristic temperature ranges of physicochemical transformations;
- проводить опыты на крупномасштабных образцах (объемом до 4000 см3), что недостижимо на стандартном оборудовании;- conduct experiments on large-scale samples (up to 4000 cm 3 ), which is unattainable on standard equipment;
- нагревать программируемым способом до температуры 1000°С реактор, предварительно откачанный или заполненный газом заданного исходного состава при давлении до 3 ати, и содержащий крупный образец материала при сохранении герметичности данного сосуда и газовых магистралей;- programmable heating to a temperature of 1000 ° C of a reactor previously pumped out or filled with gas of a given initial composition at a pressure of up to 3 atm, and containing a large sample of the material while maintaining the tightness of this vessel and gas pipelines;
- проводить неоднократный отбор газовых проб из рабочей камеры (реактора) в процессе нагревания и проводить анализ этих проб;- to conduct repeated sampling of gas samples from the working chamber (reactor) during heating and to analyze these samples;
- разделять на фракции по температуре кипения конденсированные продукты терморазложения полимерных материалов и производить их дальнейшее исследование, при этом не происходит попадания конденсированных продуктов терморазложения внутрь измерительных элементов газоанализаторов, что исключает их загрязнение;- to divide into fractions by boiling point the condensed thermal decomposition products of polymer materials and to carry out their further research, while condensed thermal decomposition products do not get into the measuring elements of gas analyzers, which eliminates their pollution;
- проводить измерение давления и температуры газа в реакторе с образцом;- measure the pressure and temperature of the gas in the reactor with the sample;
- проводить измерение температуры на поверхности и внутри образца в целях тестирования расчетных методик и моделирования тепловых процессов в крупногабаритных образцах;- carry out temperature measurements on the surface and inside the sample in order to test calculation methods and simulate thermal processes in large samples;
- производить извлечения образца исследуемого материала в любой момент времени для определения его массы, плотности, теплоемкости, теплопроводности, механических свойств.- to extract a sample of the test material at any time to determine its mass, density, heat capacity, thermal conductivity, mechanical properties.
Для решения указанной задачи и достижения технического результата комплекс для исследования процессов терморазложения неметаллического материала, содержащий печь для разложения образца материала с температурным блоком для контроля и программируемого задания изменения температуры внутри печи, пробоотборник для сбора газообразных продуктов разложения и блоки аппаратуры для управления газовыми потоками и анализа продуктов разложения, согласно настоящей полезной модели комплекс дополнительно содержит термоанализатор и блок улавливания конденсированных продуктов разложения, установленный между печью и пробоотборником для сбора газообразных продуктов разложения. Блок улавливания конденсированных продуктов разложения состоит из установленных последовательно сепараторов для улавливания высокотемпературной и низкотемпературной конденсированных фракций, с возможностью регулирования температуры термостатирования сепараторов. Внутри печи установлены, как минимум, два датчика для измерения температуры внутри образца и вне образца или на его поверхности. Для определения удельного теплового эффекта терморазложения комплекс содержит калориметр. Комплекс может быть снабжен датчиком для контроля давления и средствами для регулирования атмосферы внутри печи и рабочей камеры.To solve this problem and achieve a technical result, a complex for studying the processes of thermal decomposition of non-metallic material, containing a furnace for decomposing a sample of material with a temperature unit for monitoring and programmable task of changing the temperature inside the furnace, a sampler for collecting gaseous decomposition products and units of equipment for gas flow control and analysis decomposition products, according to this utility model, the complex additionally contains a thermal analyzer and a capture unit anija condensed decomposition products, mounted between the furnace and the sampler for collecting gaseous decomposition products. The condensed decomposition products recovery unit consists of sequentially installed separators for collecting high-temperature and low-temperature condensed fractions, with the possibility of controlling the temperature of the thermostats of the separators. At least two sensors are installed inside the furnace for measuring temperature inside the sample and outside the sample or on its surface. To determine the specific thermal effect of thermal decomposition, the complex contains a calorimeter. The complex can be equipped with a sensor for monitoring pressure and means for regulating the atmosphere inside the furnace and the working chamber.
Введение в комплекс блока улавливания конденсированных продуктов разложения, установленный между печью и пробоотборником, позволяет максимально собрать газообразные продукты разложения анализируемого образца и получить достоверные данные о составе материала, из которого он изготовлен. Блок улавливания состоит из последовательно установленных сепараторов для улавливания высокотемпературной (с температурой кипения 150°C и выше) и низкотемпературной (с температурой кипения 50-150°C) конденсированных фракций. После сепараторов установлен пробоотборник продуктов с температурой кипения ниже 50°C. Температура сепараторов задается и контролируется при помощи измерителя-регулятора и термопар. Наличие в заявляемом комплексе сепараторов с заранее задаваемой температурой термостатирования позволяет разделять на фракции по температуре кипения, лежащей в выбранном температурном интервале, конденсированные продукты терморазложения неметаллических материалов и производить их дальнейшее исследование. Это дает возможность наиболее полно, без потерь продуктов разложения, провести анализ материала образца. Одновременно решается проблема исключения попадания конденсированных продуктов терморазложения внутрь измерительных элементов газоанализаторов (как это было в прототипе), что устраняет загрязнение системы и продлевает срок службы всего комплекса. Установка в рабочей камере печи датчиков, предназначенных для измерения температуры внутри образца и вне образца или на его поверхности, позволяет измерять и контролировать температуру в целях тестирования расчетных методик и моделирования тепловых процессов в крупногабаритных образцах. Комплекс снабжен датчиком для контроля давления и средствами для регулирования атмосферы внутри печи и рабочей камеры, а для определения удельного теплового эффекта терморазложения он дополнительно содержит калориметр. В заявляемой полезной модели посредством объединения отдельных приборов (блоков) в единый измерительный комплекс мы получили возможности анализа и исследования неметаллических материалов, которые недостижимы на стандартном оборудовании, выпускаемом в нашей стране и за рубежом. В первую очередь, это касается возможности работы на достаточно крупных образцах, включая возможности измерения распределения температуры внутри образца и контроль давления и атмосферы внутри рабочей камеры, в которой протекает процесс терморазложения. Информация, получаемая в этом случае, необходима для тестирования расчетных методик и последующего прогнозирования и моделирования развития горения на больших масштабах.The introduction of the condensed decomposition products collection unit installed between the furnace and the sampler into the complex allows the maximum collection of gaseous decomposition products of the analyzed sample and reliable data on the composition of the material from which it is made. The capture unit consists of sequentially installed separators for collecting high-temperature (with a boiling point of 150 ° C and above) and low-temperature (with a boiling point of 50-150 ° C) condensed fractions. After the separators, a sampler of products with a boiling point below 50 ° C is installed. The temperature of the separators is set and controlled using a meter-controller and thermocouples. The presence in the inventive complex of separators with a predetermined temperature thermostating allows you to separate into fractions according to the boiling temperature lying in the selected temperature range, condensed products of thermal decomposition of non-metallic materials and to carry out their further research. This makes it possible to analyze the sample material most fully, without loss of decomposition products. At the same time, the problem of eliminating the ingress of condensed thermal decomposition products into the measuring elements of gas analyzers (as it was in the prototype) is solved, which eliminates the pollution of the system and extends the life of the entire complex. The installation in the working chamber of the furnace of sensors designed to measure the temperature inside the sample and outside the sample or on its surface allows you to measure and control the temperature in order to test calculation methods and simulate thermal processes in large samples. The complex is equipped with a sensor for monitoring pressure and means for regulating the atmosphere inside the furnace and the working chamber, and to determine the specific thermal effect of thermal decomposition, it additionally contains a calorimeter. In the claimed utility model, by combining individual devices (units) into a single measuring complex, we have gained the ability to analyze and study non-metallic materials that are unattainable on standard equipment manufactured in our country and abroad. First of all, this concerns the possibility of working on sufficiently large samples, including the possibility of measuring the temperature distribution inside the sample and controlling the pressure and atmosphere inside the working chamber in which the thermal decomposition process takes place. The information obtained in this case is necessary for testing calculation methods and subsequent forecasting and modeling of the development of combustion on a large scale.
Для реализации экспериментальных исследований поведения макрообразцов полимерных материалов в условиях пожара, имеющееся стандартное оборудование, включающее термоанализатор СЕТАРАМ, дифференциальный сканирующий калориметр ДСК-500, различные газоанализаторы, аналитические весы и т.д., было дополнено специализированным стендом, который был специально спроектирован и изготовлен.To carry out experimental studies of the behavior of macro samples of polymeric materials in a fire condition, the available standard equipment, including a SETARAM thermal analyzer, a DSK-500 differential scanning calorimeter, various gas analyzers, an analytical balance, etc., was supplemented by a specialized stand, which was specially designed and manufactured.
Полученный в результате комплекс для исследования процессов терморазложения неметаллического материала КИТНМ (см. Фиг.1, Фиг.2) предназначен для изучения процессов терморазложения при контролируемом высокотемпературном воздействии как на маломасштабные, так и на достаточно крупногабаритные образцы полимерных материалов и даже фрагменты изделий из неметаллического материала.The resulting complex for studying the processes of thermal decomposition of non-metallic material KITNM (see Figure 1, Figure 2) is designed to study the processes of thermal decomposition under controlled high-temperature effects on both small-scale and rather large-sized samples of polymeric materials and even fragments of products from non-metallic material .
На фиг.1 изображена принципиальная схема заявляемого комплекса, а на фиг.2 - внешний вид центральной части комплекса, включающей печь, газовый модуль с газоанализаторами и пульт управления комплексом.Figure 1 shows a schematic diagram of the claimed complex, and figure 2 is an external view of the central part of the complex, including a furnace, a gas module with gas analyzers and a control panel of the complex.
Одним из основных элементов заявляемого комплекса является рабочая камера (реактор) 1, выполненная из нержавеющей стали с объемом ~ 5 л, в которой происходит процесс терморазложения образцов материала. Предварительно взвешенный на весах образец исследуемого материала помещается на специальную подложку 2, после чего реактор помещается в печь 3, где происходит его нагрев до заданной температуры с заданным темпом. Используемая для нагрева электропечь сопротивления «Термокерамика» обеспечивает программируемый нагрев вплоть до 1000°C с темпом нагрева, который можно задавать в интервале 1-100°C/мин.One of the main elements of the claimed complex is a working chamber (reactor) 1 made of stainless steel with a volume of ~ 5 l, in which the process of thermal decomposition of material samples takes place. A sample of the test material preliminarily weighed on the scales is placed on a
В реакторе установлены три термопары. Одна из термопар 4 находится непосредственно на поверхности образца, другая 5-внутри него, для измерения распределения температуры в образце, а при помощи третьей термопары 6 измеряется температура в объеме реактора вне образца, как показано на фиг.1. Такие измерения необходимы, в частности, для отработки и тестирования методик расчета нестационарных температурных полей внутри крупномасштабных полимерных образцов при их нагревании.Three thermocouples are installed in the reactor. One of the
Через охлаждаемый трубопровод к реактору присоединен датчик давления 7. В результате внутри реактора осуществляется непрерывная регистрация значений температуры и давления, обеспечивая постоянный контроль условий терморазложения материалов.A pressure sensor 7 is connected to the reactor via a cooled pipeline. As a result, the temperature and pressure are continuously recorded inside the reactor, providing constant monitoring of thermal decomposition of materials.
Конструкция комплекса позволяет проводить опыты в вакууме, атмосфере воздуха или инертного газа, а также смешивать газы в различном соотношении, получая атмосферу заданного исходного состава. Для этого из реактора при помощи вакуумного насоса 8 откачивается воздух. Затем реактор наполняется требуемым газом из баллонов 9 при помощи электропневмоклапанов 10, ротаметров 11 и смесителя 12. При смешивании двух различных газов их концентрация на входе в реактор 1 контролируется при помощи газового хроматографа 13.The design of the complex allows experiments in vacuum, an atmosphere of air or an inert gas, as well as mixing gases in various proportions, obtaining an atmosphere of a given initial composition. For this, air is pumped out of the reactor using a vacuum pump 8. Then the reactor is filled with the required gas from the cylinders 9 using electro-
Если в реакторе в ходе эксперимента достигается давление выше предельного, то происходит его сброс через предохранительный клапан 14. Образующийся и выделяющийся при нагреве образца газ по трубопроводам поступает в газовый модуль, предназначенный для отбора жидких и газообразных проб для последующего анализа на газовом хроматографе 13 или при помощи газоанализаторов 15, 16, 17. В состав модуля входят два сепаратора 18 и 18' (высокотемпературный и низкотемпературный), предназначенных для конденсации и сбора продуктов реакции, с регулируемыми при помощи измерителя-регулятора (ТРМ) 19 температурами термостатирования, что позволяет разделять продукты терморазложения по фракциям, имеющим разные температуры кипения.If in the reactor during the experiment the pressure is reached above the limit, then it is released through the
Один из сепараторов 18 обеспечивает сбор продуктов терморазложения, имеющих температуру кипения 150°C и выше, а другой 18' - сбор продуктов с температурой кипения 50-150°C. Температура сепараторов задается и контролируется при помощи измерителя-регулятора (ТРМ) 19 и термопар 20, 21. Расположенный после фильтра 22 газовый пробоотборник 23 обеспечивает сбор продуктов с температурой кипения ниже 50°C.One of the
Помимо газового хроматографа 13, имеется возможность использовать для анализа газовой фазы имеющийся хемолюминисцентный газоанализатор окислов азота API M200A 15, флуоресцентный газоанализатор соединений серы API M101 16 и мультигазовый монитор Bruel&Kjer 17. Отбирать пробы для газоанализа можно в любой момент времени в процессе нагрева. В зависимости от требований заказчика (целей исследования материалов) можно анализировать продукты непосредственно после их выделения, пользуясь данными термогравиметрического анализа, предварительно проведенного на термоанализаторе 24 или после охлаждения, тем самым имитируя газовую среду внутри изделия из неметаллического материала после пожара и последующего охлаждения. Через систему сброса 25 реализуется выход газообразных продуктов в окружающую среду.In addition to
В любой момент времени исследуемый образец также может быть изъят из печи для определения изменения его массы, плотности, теплоемкости, механических свойств. Управление работой комплекса производится с пульта 26, все данные через контроллер 27 поступают на компьютер, где обрабатываются и анализируются.At any time, the test sample can also be removed from the furnace to determine changes in its mass, density, heat capacity, and mechanical properties. The operation of the complex is controlled from the
Примеры реализации заявляемой полезной модели.Examples of the implementation of the claimed utility model.
Пример 1. Исследование процесса терморазложения образца полистирола. Вначале на термоанализаторе СЕТАРАМ провели термогравиметрический опыт с малым (~38 мг) образцом, для выяснения температурных границ терморазложения. Опыт показал, что разложение образца началось при температуре ~293°С, при температуре 402°С улетучилось 50% масс. образца, и терморазложение практически завершилось при 445°С. Для дальнейших опытов взяли крупный образец. Крупномасштабный образец полистирола представлял собой плоский непрозрачный цилиндр диаметром 100 мм и высотой 50 мм. Нагревание производилось в воздушной атмосфере со скоростью 5°С/мин от комнатной температуры до 450°С. Непрерывно регистрировалась температура в рабочей камере (реакторе), на поверхности образца и в его объеме, для чего термопара вводилась в область, совпадающую с геометрическим центром образца.Example 1. The study of the thermal decomposition of a sample of polystyrene. First, a thermogravimetric experiment with a small (~ 38 mg) sample was carried out on a SETARAM thermal analyzer to determine the temperature limits of thermal decomposition. Experience showed that the decomposition of the sample began at a temperature of ~ 293 ° C, at a temperature of 402 ° C 50% of the mass evaporated. sample, and thermal decomposition was almost completed at 445 ° C. A large sample was taken for further experiments. A large-scale sample of polystyrene was a flat opaque cylinder with a diameter of 100 mm and a height of 50 mm. Heating was carried out in an air atmosphere at a rate of 5 ° C / min from room temperature to 450 ° C. The temperature was continuously recorded in the working chamber (reactor), on the surface of the sample and in its volume, for which a thermocouple was introduced into the region coinciding with the geometric center of the sample.
После окончания нагревания на дне низкотемпературного сепаратора 18' (температура термостатирования равнялась 50°С) образовался конденсат - вязкая, светлая и прозрачная жидкость. Хроматографический анализ образовавшегося конденсата (жидкости) показал, что она на 95% масс. состоит из стирола. Оставшиеся 5% масс. приходятся на кислород (10,5% об.), азот (41% об.), диоксид углерода и низшие углеводороды (метан, этилен и др.).After heating, at the bottom of the low-temperature separator 18 '(thermostating temperature was 50 ° C), condensate formed - a viscous, bright and transparent liquid. Chromatographic analysis of the resulting condensate (liquid) showed that it is 95% of the mass. consists of styrene. The remaining 5% of the mass. accounted for oxygen (10.5% vol.), nitrogen (41% vol.), carbon dioxide and lower hydrocarbons (methane, ethylene, etc.).
Пример 2. Исследование процесса терморазложения образца полипропилена. Вначале на термоанализаторе СЕТАРАМ провели опыт совмещенного термогравиметрического и дифференциального термического анализа (ТГ-ДТА опыт) с малым (~21 мг) образцом. Нагревание проводили в потоке воздухе до температуры 700°С. Интенсивное терморазложение и связанное с этим уменьшение массы образца началось при температуре 320°С и достигло максимума интенсивности при температуре 406°С. Терморазложение практически завершилось при достижении температуры ~500°С. Масса зольного остатка составила 9% масс. В процессе нагревания на кривой ДТА наблюдали плавление полипропилена, протекавшее в интервале от 154°С до 185°С, при этом масса образца не изменилась, а измеренная удельная теплота плавления составила 67 Дж/г. При дальнейшем нагреве наблюдались процессы термодеструкции и терморазложения, связанные с окислением (горением) и выделением тепла. Суммарная измеренная теплота процессов - 3,25 кДж/г.Example 2. The study of the thermal decomposition of a sample of polypropylene. Initially, a combined thermogravimetric and differential thermal analysis (TG-DTA experiment) was conducted on a SETARAM thermal analyzer with a small (~ 21 mg) sample. Heating was carried out in a stream of air to a temperature of 700 ° C. Intensive thermal decomposition and the associated decrease in the mass of the sample began at a temperature of 320 ° C and reached a maximum intensity at a temperature of 406 ° C. Thermal decomposition almost ended when the temperature reached ~ 500 ° C. The mass of the ash residue was 9% of the mass. During the heating process, a melting of polypropylene was observed on the DTA curve, proceeding in the range from 154 ° C to 185 ° C, while the mass of the sample did not change, and the measured specific heat of fusion was 67 J / g. With further heating, the processes of thermal degradation and thermal decomposition associated with oxidation (combustion) and heat generation were observed. The total measured heat of the processes is 3.25 kJ / g.
Для дальнейших опытов взяли крупный образец. Образец представлял собой плоский непрозрачный цилиндр диаметром 80 мм и высотой 50 мм. Нагревание производилось со скоростью ~5°С/мин от комнатной температуры до 500°С в воздушной атмосфере. Непрерывно регистрировалась температура в рабочей камере (реакторе), на поверхности образца и в его объеме, для чего термопара вводилась в область, совпадающую с геометрическим центром образца. В таблице 1 представлены результаты измерения температуры в различных точках (в печи, в реакторе, на поверхности и внутри образца).A large sample was taken for further experiments. The sample was a flat opaque cylinder with a diameter of 80 mm and a height of 50 mm. Heating was carried out at a rate of ~ 5 ° C / min from room temperature to 500 ° C in an air atmosphere. The temperature was continuously recorded in the working chamber (reactor), on the surface of the sample and in its volume, for which a thermocouple was introduced into the region coinciding with the geometric center of the sample. Table 1 presents the results of temperature measurements at various points (in the furnace, in the reactor, on the surface and inside the sample).
Пример 3. Исследование процесса терморазложения образца полиметил-метакрилата.Example 3. The study of the process of thermal decomposition of a sample of polymethyl methacrylate.
Предварительный термогравиметрический анализ на СЕТАРАМЕ показал, что терморазложение полиметилметакрилата начинается при температуре 150°C, достигает максимума интенсивности при 304°C, и заканчивается при ~400°C. Крупный образец представлял собой круглую пластину диаметром 100 мм и толщиной 20 мм. Образец нагревали и выдерживали при температуре 400°C в течение 2 часов, а затем изучались продукты терморазложения. Часть продуктов разложения (16% масс.) сконденсировалась на дне низкотемпературного сепаратора 18' (температура термостатирования равнялась 50°C). Проведенный анализ показал, что исследуемый конденсат на 92% состоит из метилметакрилата, который является мономером полиметилметакрилата.Preliminary thermogravimetric analysis on SETARAM showed that the thermal decomposition of polymethylmethacrylate begins at a temperature of 150 ° C, reaches a maximum intensity at 304 ° C, and ends at ~ 400 ° C. The large sample was a round plate with a diameter of 100 mm and a thickness of 20 mm. The sample was heated and kept at 400 ° C for 2 hours, and then the products of thermal decomposition were studied. Some of the decomposition products (16% wt.) Condensed at the bottom of the low-temperature separator 18 '(thermostating temperature was 50 ° C). The analysis showed that the studied condensate consists of methyl methacrylate, which is a monomer of polymethyl methacrylate, at 92%.
В таблице 2 представлены результаты анализа газовой фазы из газовых пробоотборников.Table 2 presents the results of the analysis of the gas phase from gas samplers.
Таким образом, одним из основных компонентов газовой фазы также, как и в конденсате, является мономер - метилметакрилат.Thus, one of the main components of the gas phase, as well as in the condensate, is the monomer methyl methacrylate.
Заявляемый комплекс представляет собой мощный аналитический комплекс для исследования термодеструкции и терморазложения неметаллических материалов в условиях, моделирующих пожар, и является полезным инструментом при разработке расчетных методик, разработке норм и обеспечении условий пожарной безопасности при использовании неметаллических материалов в промышленности, строительстве и в быту.The inventive complex is a powerful analytical complex for studying the thermal decomposition and thermal decomposition of non-metallic materials in conditions simulating a fire, and is a useful tool in the development of calculation methods, the development of standards and ensuring fire safety when using non-metallic materials in industry, construction and in everyday life.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012153555/28U RU134650U1 (en) | 2012-12-11 | 2012-12-11 | COMPLEX FOR RESEARCH OF PROCESSES OF THERMAL DECOMPOSITION OF NON-METAL MATERIAL |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012153555/28U RU134650U1 (en) | 2012-12-11 | 2012-12-11 | COMPLEX FOR RESEARCH OF PROCESSES OF THERMAL DECOMPOSITION OF NON-METAL MATERIAL |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU134650U1 true RU134650U1 (en) | 2013-11-20 |
Family
ID=49555513
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012153555/28U RU134650U1 (en) | 2012-12-11 | 2012-12-11 | COMPLEX FOR RESEARCH OF PROCESSES OF THERMAL DECOMPOSITION OF NON-METAL MATERIAL |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU134650U1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU174688U1 (en) * | 2017-04-20 | 2017-10-26 | Евгений Владимирович Сулейкин | Installation for determining the fire hazard of condensed materials during their thermal decomposition |
RU186281U1 (en) * | 2018-06-20 | 2019-01-15 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) | Device for measuring toxic factors of thermal decomposition of substances |
RU2684434C1 (en) * | 2017-07-26 | 2019-04-09 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Brick firing thermal analyzer |
CN113588538A (en) * | 2021-08-31 | 2021-11-02 | 国网陕西省电力公司电力科学研究院 | SF (sulfur hexafluoride)6Thermal corrosion evaluation method of polytetrafluoroethylene under atmosphere |
-
2012
- 2012-12-11 RU RU2012153555/28U patent/RU134650U1/en active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU174688U1 (en) * | 2017-04-20 | 2017-10-26 | Евгений Владимирович Сулейкин | Installation for determining the fire hazard of condensed materials during their thermal decomposition |
RU2684434C1 (en) * | 2017-07-26 | 2019-04-09 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Brick firing thermal analyzer |
RU186281U1 (en) * | 2018-06-20 | 2019-01-15 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) | Device for measuring toxic factors of thermal decomposition of substances |
CN113588538A (en) * | 2021-08-31 | 2021-11-02 | 国网陕西省电力公司电力科学研究院 | SF (sulfur hexafluoride)6Thermal corrosion evaluation method of polytetrafluoroethylene under atmosphere |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yang et al. | Study on test method of heat release intensity and thermophysical parameters of loose coal | |
RU134650U1 (en) | COMPLEX FOR RESEARCH OF PROCESSES OF THERMAL DECOMPOSITION OF NON-METAL MATERIAL | |
Zhang et al. | Research on coal spontaneous combustion period based on pure oxygen adiabatic oxidation experiment | |
Yuan et al. | Experimental study on CO and CO2 emissions from spontaneous heating of coals at varying temperatures and O2 concentrations | |
CN106124357B (en) | A kind of multi-functional coal sample heating and oxidation rule test platform of automatic sampling | |
CN206235585U (en) | A kind of coal sample heating and oxidation test device | |
CN108169407A (en) | A kind of vertical combustion characteristics experimental provision of controllable gas environment, abutment wall structure | |
CN107941852A (en) | The synchronous contrast measurement system and assay method of a kind of coal spontaneous combustion diverse characteristics parameter | |
CN112198266A (en) | Method for measuring chlorine content in coal and coal gasification products | |
CN107328882A (en) | Coal volatility and volatile ingredient determine device and assay method | |
CN103712877A (en) | Thermogravimetric characteristic analysis system for massive test specimen supercritical water gasification | |
Leonard et al. | Development of a controlled‐atmosphere cone calorimeter | |
Furukawa et al. | Current status of the technology development on lithium safety handling under IFMIF/EVEDA | |
Falkenstein-Smith et al. | Mixture fraction analysis of combustion products in medium-scale pool fires | |
CN111017878A (en) | For preparing equilibrium state H2-HD-D2Apparatus and method for standard gas | |
Xu et al. | Experimental investigation of gas diffusion kinetics and pore-structure characteristics during coalbed methane desorption within a coal seam | |
CN110793880A (en) | Device and method for simulating metallurgical reduction mineral aggregate process | |
CN109324081A (en) | The measuring method of nitrogen in a kind of heating agent of carbon system | |
RU186281U1 (en) | Device for measuring toxic factors of thermal decomposition of substances | |
Lönnermark et al. | Use of small scale methods for assessments of risk for self-heating of biomass pellets | |
CN112255260A (en) | Test device for testing thermal stability of substance under constant pressure state | |
RU174688U1 (en) | Installation for determining the fire hazard of condensed materials during their thermal decomposition | |
CN207281018U (en) | Coal volatility and volatile ingredient measurement device | |
RU2814441C1 (en) | Installation for investigating process of interaction of explosive and/or toxic and/or chemically aggressive gases with metals, alloys and materials | |
CN108844995A (en) | A kind of coal spontaneous combustion adiabatic oxygenation experimental bench |