DE1523061C - Vorrichtung zur Differentialthermo analyse mehrphasiger Reaktionsgemische - Google Patents

Description

ten stabförmigen Temperaturfühlern innerhalb der io lyse mehrphasiger Reaktionsgemische, 'iisbesondere Probenbehälter. gasförmig/flüssiger oder gasförmig/fester Reaktions-

In dem Artikel von Hans Lehmann und Rolf gemische der eingangs genannten Art, in welcher Haßler in der Zeitschrift TIZ-ZbI. 82 (1958), während des Meßvorganges eine besonders innige H. 20, Seite 445, linke Spalte, zweiter Absatz, sind und gleichmäßige Mischung der Komponenten des bereits Vorrichtungen ähnlicher Art erwähnt, mit 15 Reaktionsgemisches bzw. der Komponenten der inerdenen lediglich Messungen an Zweikomponenten- ten Vergleichssubstanz erfolgt. Erreicht wird dies Feststoffgemischen .durchgeführt werden können.
Die Messungsdurchführung erfolgt sowohl für die
Probe als auch die inerte Vergleichssubstanz an
Preßlingen, die aus homogen gemischten Pulvern 20
beider Komponenten hergestellt wurden. Die Durchführung von Messungen an zwei- oder mehrphasigen
Reaktionsgemischen ist in Verbindung mit den bekannten Vorrichtungen nicht beschrieben.

Der Artikel von II. J. Borchardt undF. Daniels in »J. Am. Chem. Soc.« 79 (1957), Seite 41, beschreibt in Verbindung mit der darin enthaltenen Fig. 1 eine Vorrichtung zur Differentialthermoanälyse flüssiger Reaktionsgemische mit achsparallel vertikaler Anordnung zweier gleicher zylindrischer Behälter für die Probe und die inerte Vergleichssubstanz innerhalb eines thcrmostatisierten Bades, wobei innerhalb jedes Behälters ein Propeller-Rührer vorgesehen ist. Derartige Vorrichtungen können

indessen nicht zur Differentialthermoanalyse bei- 35 eines zumindest zweiphasigen Reaktionsgemisches spielsweise zweiphasiger gasförmig/fester Reaktions- in den zylindrischen Behältern für die Probe und die gemische verwendet werden, weil in vertikal stehenden Probenbehältern wegen der Einwirkung der
Schwerkraft nicht jedes einzelne Teilchen der Feststoffkomponente den genau gleichen Bedingungen 40 erzielt wird, daß durch die kreisscheibenförmigen ausgesetzt werden kann, auch nicht bei sehr wirk- Rippen eine Wärmeübertragung auf den zugeordneten Temperaturfühler mit geringstmöglicher Zeitkonstahte erfolgt. Dies letztere ist besonders bei schnell ablaufenden Reaktionen wichtig, damit die 45 Gewähr besteht, daß eine aufgezeichnete Zeitfunkr tion keine Phasenverschiebung gegenüber dem tat-

erfindungsgemäß dadurch, daß

a) der zylindrische Körper in an sich bekannter Weise um seine horizontale Achse drehbar ist,

b) die Behälter neben dem Feststoff in an sich bekannter Weise Mischkörper, vorzugsweise in Kugelform enthalten, welche durch die Rotation des zylindrischen Körpers in Bewegung versetzt werden und

c) die Temperaturfühler über die gesamte Länge des zugehörigen Behälters in gleichen axialen Abständen mit kreisscheibenförmigen Rippen versehen sind, zwischen denen sich die gleiche Anzahl Mischkörper, vorzugsweise je eine Kugel, befinden.

In einer derartigen erfindungsgemäßen Vorrichtung können nicht nur eine gute Durchmischung

Vergleichssubstanz, sondern auch eine Gleichmäßigkeit der Durchmischung über die gesamte Axiallänge der Behälter erfolgen, wobei der zusätzliche Vorteil

sächlichen Reaktionsvorgang aufweist.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Axialschnitt, wobei zugeordnete elektrische Bauelemente überwiegend in Blockschaltbilddarstellung wiedergegeben sind, Fig. 2 einen Bestandteil der Vorrichtung nach

samen Propeller-Rührern. Demgemäß kann mit den bekannten Vorrichtungen dieser Art ein sinnvolles Meßergebnis bei zwei- und mehrphasigen Reaktionsgemischen nicht erzielt werden.

Nach UHmann »Enzyklopädie der technischen
Chemie« Band 7 (1931), Seite 614, Abbildung 246,
sind bereits Mischmühlen mit zwei zueinander hin
divergierenden, in geringem Abstand koaxial nebeneinander angeordneten kegelstumpfförmigen Trom- 50
mein bekannt, wobei das gemahlene Gut aus einem
zwischen den beiden Trommeln gebildeten Schlitz
austreten kann. Da bei einer derartigen Mischmühle
die kegelstumpfförmige Gestaltung der beiden Trommeln wegen des erforderlichen Austretens des ge- 55 Fig. 1 im Axialschnitt sowie in einer gegenüber mahlenen Gutes aus dem Schlitz funktionswesentlich Fig. 1 vergrößerten Darstellung, ist, sind die für die Auslegung derartiger Misch- Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III von

mühlen erforderlichen technischen Überlegungen Fig.

nicht auf Behälter zur Aufnahme der Probe und der Bei der in der Zeichnung veranschaulichten erfin-

inerlen Vergleichssubstanz in Vorrichtungen zur Dif- 60 dungsgemäßen Vorrichtung umgibt ein einen evakuferentialthermoanalyse mehrphasiger Reaktionsge- ierten Mantelhohlraum 2 aufweisender zylindrischer mische übertragbar, weil bei Vorrichtungen zur Dif- Heizofen 1 mit horizontaler Achse einen koaxial ferentialtheniioanalyse mehrphasiger Reaktionsge- hierzu angeordneten hohlzylindrischen Körper 5, der mische die Bedingungen für das Reaktionsgemisch . seinerseits über an beiden Enden vorgesehene isolie- bzw. die Probe und für die inerte Vergleichssubstanz 65 rende Naben 8 gelagert ist. Die Naben 8 werden über über die gesamte Axiallänge der Behälter möglichst je einen Treibriemen 14 sowie ein zugeordnetes Gejjlcicli gehalten werden muß, was mit kegelstumpf- triebe mit einem Riemenrad 13 auf einer Welle 12 formteil Behältern nicht erreichbar ist. nebst einem im Umfangseingriff befindlichen Räder-

paar 11, 11' angetrieben, wobei beide Getriebe über eine gemeinsame Antriebswelle 9 angetrieben werden, auf deren einem Ende ein zum Antrieb durch einen Elektromotor bestimmtes Riemenrad 10 sitzt.

Zwischen dem Heizofen 1 sowie dem zylindrischen Körper 5 ist ein Hohlraum gebildet, in welchem eine hohlzylindrische elektrische Heizeinrichtung 6 nebst zwei diese koaxial umgebenden Wärmeabschirmungen 3, 4 vorgesehen ist. Zwei Anschlußpole 7, 7' der Heizeinrichtung 6 sind mit einer (nicht gezeigten) Stromquelle verbunden.

Wie sich insbesondere aus Fig. 2, 3 ergibt, sind in dem zylindrischen Körper 5 koaxial nebeneinander zwei an ihren einander zugewendeten Enden abgeschlossene zylindrische Ummantelungen 15, 16 augeordnet, von denen die Ummantelung 15 einen darin koaxial gehaltenen zylindrischen Behälter 19 für eine zu untersuchende Probe und die Ummantelung 16 einen gleichartig ausgebildeten zylindrischen Behälter 21 für eine inerte Vergleichssubstanz aufnehmen.

Durch einen jeder der Ummantelungen 15, 16 zugeordneten Stopfen 28 verläuft je eine Zuleitung 230 je eines von einem Schutzrohr umgebenen Thermoelementes 23 bzw. 23' koaxial in das Innere des zugehörigen Behälters 19 bzw. 21. An jedem der Thermoelemente 23, 23' sind in gleichen axialen Abständen kreisscheibenförmige Rippen 24 bzw. 24' angebracht, zwischen denen sich je ein Mischkörper 25 bzw. 25' in Form einer frei beweglichen Kugel befindet.

Gemäß F i g. 3 weist jeder der beiden Behälter 19, 21 an einem Teil seines Umfangs einen verdickten Wandungsabschnitt 27 auf, in welchem achsparallel zu dem zylindrischen Körper 5 ein zusätzliches elektrisches Heizelement 26 angeordnet ist.

Durch jeden der Stopfen 28 sind ferner je eine Zuleitung 260 für das in dem verdickten Wandungsabschnitt 27 des zugeordneten Behälters 19 bzw. 21 angeordnete zusätzliche elektrische Heizelement 26 sowie für je eine Gasleitung 29 bzw. 29' geführt, mittels derer der jeweils zugehörige Behälter 19 bzw. 21 über einen an jeweils einer Stirnfläche vorgesehenen Zentraldurchtritt 20 bzw. 22 mit einem gewünschten Gas unter Druck beschickt werden kann.

Die Zuleitungen 230, 260 für den Temperaturfühler 23 bzw. das zusätzliche Heizelement 26 sind in an sich bekannter Weise über elektrische Doppelschleifringe 35, 38 mit entsprechenden ortsfesten Stromabnehmern verbunden. Die den Doppelschleifringen 35 zugeordneten ortsfesten Stromabnehmer sind über Leitungen 45, 45' mit je einer zugehörigen Temperatur-Aufzeichnungseinrichtung 36 bzw. 36' sowie einer gemeinsamen Temperaturdifferenz-Aufzeichnungseinrichtung 37 verbunden. Die den Doppelschleifringen 38 zugeordneten ortsfesten Stromabnehmer sind über Leitungen 46 mit einer (nicht gezeigten) elektrischen Stromquelle verbunden. Die Gasleitung 29 bzw. 29' jedes der beiden Stopfen 28 ist drehbar, jedoch gasdicht in einem zugehörigen, selbsttätig arbeitenden Ventil 30 bzw. 30' gelagert. Jedes der Ventile 30, 30' ist mit einer zugehörigen Gaszuleitung 31 bzw. 31' verbunden und liegt an einem zugehörigen Druckanzeiger 32 bzw. 32'. Beiden Druckanzeigern 32, 32' ist ein Druckdifferenzanzeiger 33 zugeordnet, der an einer Druckdifferenz-Aufzeichnungseinrichtung 34 liegt.

Sollen mit der Vorrichtung nach F i g. 1 bis 3 beispielsweise Reaktionsmeßwerte für ein zweiphasiges flüssig/gasförmiges Reaktionsgemisch bestimmt werden, so erfolgt ein Einbringen der flüssigen Probensubstanz in den Behälter 19 sowie der entsprechenden flüssigen Vergleichssubstanz in den Behälter 21. Danach erfolgt eine Drehung des zylindrischen Körpers 5 zum Zwecke einer guten Durchmischung beider flüssiger Substanzen, während gleichzeitig über die Gasleitungen 29, 29' aus den Behältern 19, 21 Luft abgesaugt und danach vermöge entsprechender Umschaltung der Ventile 30, 30' das zu dem zweiphasigen Reaktionsgemisch gehörige Gas unter Druck in die Behälter 19, 21 eingeführt werden. Nunmehr kann der elektrischen Heizeinrichtung 6 in geeigneten Stufen mehr und mehr Leistung zugeführt werden, wobei sich die ergebenden Werte für die Temperaturen und Temperaturdifferenzen an den Bauelementen 36, 36', 37 ablesen lassen. Gleichzeitig werden durch die Bauelemente 32, 32', 33 der diesen Temperaturwerten zugeordnete Druck bzw. die zugeordnete Druckdifferenz erfaßt.

Um aus den abgelesenen Werten für die Temperaturen bzw. die Temperaturdifferenz die bei einer Reaktion freigesetzten Wärmemengen zu erhalten, können die zusätzlichen elektrischen Heizelemente 26 der Behälter 19, 21 mit Energie beaufschlagt werden, wenn sich höchstens einer der beiden Reaktionspartner, beispielsweise das unter Druck stehende Gas, in den Behältern 19, 21 befindet. Auf diese Weise können Eichdiagramme als Funktion des Druckes aufgestellt werden, um bei danach durchgeführten Versuchen mit beiden Reaktionspartnern die Reaktionswärme an Hand dieses Eichdiagrammes zu ermitteln. In Verbindung mit einer während einer Reaktion auftretenden Druckdifferenz an dem Druckdifferenzenanzeiger 33 läßt sich danach eine Reaktion thermodynamisch genau beschreiben.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Differentialthermoanalyse mehrphasiger Reaktionsgemische, insbesondere gasförmig/flüssiger oder gasförmig/fester Reaktionsgemische, mit koaxial horizontaler Anordnung zweier gleicher zylindrischer Behälter für die Probe und die inerte Vergleichssubstanz innerhalb eines zylindrischen Körpers, welcher von einem zylindrischen Heizofen mit horizontaler Achse umgeben ist, und mit koaxial geführten stabförmigen Temperaturfühlern innerhalb der Probenbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der zylindrische Körper (5) in an sich bekannter Weise um seine horizontale Achse drehbar ist,

b) die Behälter (19, 21) neben dem Feststoff in an sich bekannter Weise Mischkörper (25), vorzugsweise in Kugelform enthalten, welche durch die Rotation des zylindrischen Körpers (5) in Bewegung versetzt werden und

c) die Temperaturfühler über die gesamte axiale Länge des zugehörigen Behälters (19, 21) in gleichen axialen Abständen mit kreisscheibenförmigen Rippen (24) versehen sind, zwischen denen sich die gleiche Anzahl Mischkörper (25), vorzugsweise je eine Kugel, befinden.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizofen (1) mit einer elektrischen Heizeinrichtung (6) versehen ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizofen (1) feststehend ist und der drehbare zylindrische Körper (5) durch einen Elektromotor antreibbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühler in den Behältern (19, 21) als Thermoelemente (23, 23') ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühler bzw. Thermoelemente (23, 23') von je einem Schutzrohr umgeben sind, welches die Rippen (24, 24') trägt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Behälter (19,21) mit einem zusätzlichen elektrischen Heizelement (26) versehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Behälter (19, 21) vorzugsweise an einem Teil seines Umfangs einen verdickten Wandungsabschnitt (27) aufweist, in welchem achsparallel zu dem zylindrischen Körper (5) das zugehörige zusätzliche elektrische Heizelement (26) aufgenommen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen