[发明专利]一种应用于绝热反应量热的样品动态热容测算方法

说明书

本发明公开了一种应用于绝热反应量热的样品动态热容测算方法。本发明设计具有双通道不对称样品池结构的绝热反应量热装置，利用该装置可测量得到绝热条件反应过程和路径偏移反应过程的数据,对数据采用能量平衡方程进行处理，结合反应物浓度动态估算方法，利用插值函数不断逼近，得到贴近真实规律的样品比热容‑温度变化函数。本发明方法可获取绝热反应过程样品的近似比热容‑温度变化规律，据此计算出的关键指标‑反应热更加接近真实情况,为反应物的热危险性评价提供更准确的参考。

技术领域

本发明属于化工安全测试技术与仪器领域，涉及在传统绝热反应量热装置结构基础上的设计,并利用反应路径偏移和反应物浓度动态估算来实现反应过程样品比热容变化测算的方法。

背景技术

Dow氏化学最早的提出了绝热反应量热方法和装置[1-3]，其原理图如图1所示，盛放反应物样品4的样品池5被悬置于控温炉7腔内，被炉体加热器1和辐射加热器6加热直至达到起始反应温度，检测炉体热电偶2的信号，控制炉体7的温度实时跟踪反应体系温度来形成绝热环境。在绝热条件下，样品热电偶3和压力传感器(未画出)真实记录反应物样品的温度、压力等原始数据，并借助数值理论计算，分析获取反应过程的多种热动力学参数，探索反应影响因素，对化工工艺优化放大、化学品热危险性评估和燃爆风险预测起到支撑作用。

其中反应物的单位质量反应热是关键评估指标之一，其大小可通过样品的比热容和绝热温升计算得到：

△W＝C_sM_s△T_s/M_mix (1)

其中C_s为反应物样品的比热容，M_s为样品质量，ΔT_s为反应绝热温升，M_mix代表样品中纯反应物质量，如果样品为纯反应物，则M_s＝M_mix。样品质量可以精确测得，而反应温度变化会由于样品池热容的存在偏离理想绝热条件。为了避免这种偏离对反应热计算的影响，一些绝热反应量热的研究[4-5]利用不同的方法向样品或样品池提供而额外的功率，以补偿样品池吸收的热量，避免样品池热容的影响，使温度变化逼近真正的绝热温升。

但另一方面，样品比热容C_s同样会影响反应热计算的准确性，当前普遍将测试用样品反应前或反应后的经验比热容值用作计算，这种处理不尽合理。因为反应过程中温度变化幅度大，且反应物不断转变成生成物，物质的本质属性已发生改变，样品比热容的值可能随之剧烈变化。而比热容的精确测量一般可以在物质不发生化学反应的情况下进行，如一种基于散热补偿绝热量热原理的低温精密量热计[6]，可用于测定平衡态物质的热容，但无法使用于绝热条件下化学反应过程中的比热容动态测量。

参考文献

[1]Townsend D I,Tou J C.Thermal hazard evaluation by an acceleratingrate calorimeter[J].Thermochimica Acta,1980,37(1):1-30.

[2]Tou J C,Whiting L F.The thermokinetic performance of anaccelerating rate calorimeter[J].Thermochimica Acta,1981,48(1-2):21-42.

[3]钱新明,刘丽,张杰.绝热加速量热仪在化工生产热危险性评价中的应用[J].中国安全生产科学技术,2005,4,13-18.

[4]Chippett S.Low thermal inertia scanning adiabatic calorimeter:US,US 7021820B2[P].2006.