К определению температуры начала термического разложения торфа по результатам дериватографического анализа

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА

Том 250

1975

К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЕМПЕРАТУРЫ НАЧАЛА ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ТОРФА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДЕРИВАТОГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

С. и. смольянинов, В. И. ЛОЗБИН

Из теории термографии и дериватографии известно, что с увеличением скорости нагревания близлежащие пики на кривых ДТА и ДТГ, характеризующие протекание тех или иных реакций в веществе, зачастую сливаются, образуя один общий максимум. При этом невозможно четко разграничить температурные интервалы протекания этих реакций [1, 2]. Характерным примером такого наложения скоростей является процесс удаления адсорбционной влаги и начальный этап термического разложения при нагреве торфа с постоянной скоростью подъема температуры.

Уменьшение скорости нагревания ведет к частичному разделению пиков, однако общеизвестно, что в этих случаях значительно снижается чувствительность аппаратуры; таким образом, уменьшать скорость нагрева можно лишь до каких-то пределов, при которых скорости выделения летучих для двух реакций А и В еще значительно накладываются друг на друга (рис. 1).

При нагреве воздушно-сухого торфа в условиях линейного подъема температуры процесс удаления влаги и начало термического разложения органической массы торфа протекает в интервале 100—150°С одновременно, накладывая определенный отпечаток на ход интегральной (ТГ) и дифференциальной (ДТГ) кривых изменения веса. Следовательно, на этом участке получаемые экспериментальные данные отражают суммарный процесс

ат)сум. йт ' йту } ;

йи

где---скорость удаления воды,

йТ

— —скорость разложения торфа.

Имея суммарную кривую скорости выделения летучих, определить начало разложения органической массы торфа можно лишь в случае, когда известны кинетические константы первого процесса, то есть Ех и В\.

В предыдущих работах [3—4] дан способ определения энергии активации реакций подобного типа и показано, что процесс удаления адсорбированной влаги из торфа достаточно хорошо описывается уравнениями

формальной кинетики, причем экспериментально определенный порядок процесса близок к двум;

йи К , — = — (а — и)-,

йТ Ь

т. е. до температуры максимальной скорости удаляется половина адсор бированной воды торфа.

Разделяя переменные и интегрируя, получим

к и ь

а — и аТ а для точки максимума скорости

Кт = 4- .

аТя

температура, °Я

Рис. 1. К расчету скоростей реакций, частично накладывающихся в определенном температурном интервале

температура г "О $0 75 <00 Ш (ВО /75 гов Т——•-

11*5%

50 75 то 125 150 Г75 300

Рис. 2. Рассчитанные кривые скорости удаления воды и термического разложения торфа

так как ит = а — и = — (для реакции II порядка).

2

Предэкспотенциальный множитель для первой реакции находим из уравнения зависимости константы скорости от температуры

В =Ке 1

где

ЯТ

Е = 3,52 при — А Т йТ1

1 йа

2 атт

Т = Тт> К — Кт-

Простота дальнейших операций очевидна: для ряда точек при температурах выше Тт определяются константы скорости, текущие концентрации и скорости для этих температур согласно выражениям 5,3 и 2.

г, „ (йх\ / йи

Вычитанием из суммарной --значения полученных -

\йТ у^м - ^ йт

определяется ряд значений скорости удаления летучих. Экстраполированием этой кривой до нулевой линии определяется значение температуры начала термического разложения торфа (разумеется, в пределах чувствительности используемой аппаратуры).

Таблица 1 Характеристика исследуемых образцов

Степень разложения 5% 20% 50%

1 1 2 2 3 3

Навеска, мг 320 500 520 670 710 840

Влажность, % 9,70 9,70 9,56 9,56 10,55 10,-55

Количество воды в навеске, мг 31,0 48,5 49,7 64,1 75,0 88,8

Для исследований были взяты образцы торфа со степенью разложения 5, 20, 50%. Дериватографические анализы проводились при условиях: Т — 300°С, ТГ — 100 мг, ДТГ — 1/3, скорость нагрева — около 4 град!мин. Необходимые характеристики торфа показаны в табл. 1. Описанным выше способом был рассчитан ход кривых скорости удаления адсорбированной влаги из торфа при температурах выше Тт. Результаты представлены на рис. 2. Температура начала пиролиза торфа у всех исследованных образцов примерно одинакова и лежит в пределах 125—135°С. Величина навески не оказывает заметного влияния на ход кривых скорости удаления влаги, на температуру максимума скорости и температуру начала пиролиза.

ЛИТЕРАТУРА

1. Г. О. П и л о я н. Введение в теорию термического анализа. М.( 1964

2. Н. Jiintgen and К. Н. van Heek. Fuel, 2, 103, 1.968.

3. С. И. С м о л ь я н и н о в, В. И. Л о з б и н, Я. А. Б е л и х м а е р. Изв. ТПИ, т. 233.

4. С. И. Смольянинов, В. И. Л о з б и н. «Изв. ТПИ», т. 233.