К определению кинетических параметров процессов термического разложения твердых топлив по дериватограммам Текст научной статьи по специальности «Физика»

ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИЙ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 259

>1976

К ОПРЕДЕЛЕНИЮ КИНЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССОВ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ ПО ДЕРИВАТОГРАММАМ

С. И. СМОЛЬЯНИНОВ, В. И. ЛОЗБИН

(Представлена научно-методическим семинаром ХТФ)

Благодаря успехам экспериментальной техники за последнее время уделяется серьезное ¡внимание .изучению кинетических закономерностей процессов термического разложения твердых горючих ископаемых методом термографии-и термогравиметрии. Особенный эффект дает использование дериватографии, обладающей ■совокупностью свойств указанных методов [1].

Рядом авторов предложены методы расчета кинетических параметров- по кривым ДТА, ДТГ и ТГ [2—5], однако они или сложны для расчета, или затруднительны по ¡выбору характерных участков на указанных кривых.

На основании ряда исследований [6—7] можно полагать, что в большинстве случае-в процесс термического разложения твердых ¡горючих ископаемых формально можно описать уравнением первого порядка, представленного в нашем случае как

/ \ -Кт (О

(а—х)=ае 3 к }

где . '

т — время;

а —полный выход летучих; х — выход летучих ко времени т; К — константа скорости реакции; и константы -скорости как функции температуры:

В — частотный фактор; Е — энергия активации; Я — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура. Скороегь реакции будет иметь вид:

(2)

Е

-а-е

(3).

Обозначим: —— — скорость разложения;

Т

5 Заказ № 5581

65

у0 _ температура начала газовыделения, ° К;

град

скорость 'подъема температуры,

7—Т0

Т=Т0 + Ьх, откуда т=

мин

1—пГ0

Ь Ьп

Дифференцируя уравнение (3) по п ;и приравнивая дифференциал к ¡нулю, (получаем для экстремума функции: тЬп2

В

+ етп (1—тп + тп2Т0)=0,

(4)

где

тЬп1 В

<1, т. е. без особой погрешности этим -выражением можно

пренебречь; г-

щи шп 1 , тп I т2п2

с разлагается в ряд: е ши=1 4---1---[-...;

И 2!

барем два первых члена ряда, в результате имеем уравнение

т\п*Т0—п2)+тп2Т0+1=0, (5)

■пТ

о±У

1П\\о~ -. ' (о)

2п{пТъ— I)

Подставляя значения пг и /г, с учетом, что Т=Тпи т. е. температуре максимума скорости газовыделения, получаем

т.

( /г )и2

г /

(7)

В полученном уравнении знаменатель —отрицательная величина. Чтобы <в правой части получилось положительное число, должно выполняться условие

т г 1 тп \ * т /

^Л тт )

так как в числителе всегда сохраняется

Таким образом, окончательное уравнение для определения энергии активации реакций 1-го порядка имеет вид:

То

Тщ

т Т т ( Тт )

2 Т

1 !П

У?,

(8>

Определенные предложенным ¡методом эффективные энергии активации процесса .термического разложения торфа лежат в пределах

33,5—46^5^-, что хорошо согласуется с литературными данными [7].

моль

Выводы

1. Предложено преобразованное уравнение 1-го порядка для определения кинетических параметров.

2. Характеристические температуры для определения энергии активации легко находятся та кривой скорости (газовыделения.

3. Рассчитанная эффективная энергия активации термического разложения торфа совпадает с литературными данными.

ЛИТЕРАТУРА

1. F. Paulik, J.'P а u 1 i k, L. Erdey. Talanta, 13 (10), 1405, 1966.

2. Г. В. Гребенщикова, А. М. Мосин. Сб. «Обогащение угля и химическая переработка топлив», т. XXIII, вып. 2, «Недра», 1967.

Ö. N. G. D а v е and S. К. С h о р г а. Z. phys. Chem. (NF), 48, № 3, 1Ш6.

4. М. D. Karkhan а val а and S. G. Rege. J. Ind. Chem. Soc., VII, 1962.

5. H. L u t h e r und R. G e г 1 а с h. Brennst. Chem, № 5, 1966.

6. H. J ü n t g e n. Erdöl und Kohle, № 3, 1964.

7. А. А. А г p о с к и н, Н. С. Мирингоф. Труды ВНИИ подзем, газ, вып. 4, 3, 1961.