Расчёт кинетических параметров процессов термического разложения

Неизотермические методы определения кинетических параметров по сравнению с изотермическими обладают рядом преимуществ: требуется гораздо меньше данных; кинетические параметры могут быть рассчитаны для всего диапазона температур; при нагревании до исследуемой температуры образец часто вступает в реакцию, поэтому результаты, полученные изотермическими методами, нередко оказываются недостоверными; для исследования требуется один образец. Неизотермический метод используется для оценки  значения энергии активации термического разложения.

Расчёт кинетических параметров по ТГ-кривой основаны на формальном кинетическом уравнении:

                                   ,                                    (4.1)

где m – масса образца, вступившая в реакцию;   n – порядок реакции; k – удельная константа скорости реакции разложения.

Это уравнение хорошо описывает кинетику термического разложения твёрдых веществ, например оксалатов, перманганатов и перхлоратов металлов. Зависимость удельной константы скорости от температуры описывается уравнением Аррениуса:

                                       k = A·e ^{– E / RT} ,                                             (4.2)

где А – предэкспоненциальный множитель; Е – энергия активации, Дж/моль; R – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль∙К).

Для изучения кинетики разложения используются дифференциальный и интегральный методы, а также метод аппроксимации. Остановимся более подробно на методе расчёта кинетических параметров, получившем наибольшее распространение.

Метод Ньюкирка

На основании ТГ-кривой Ньюкирк получил выражение для расчета скорости реакции разложения. Для температур Т ₁ и Т ₂ остаточные массы образца составляют  и , при этом скорость реакции определяется как тангенс углов наклона касательных к ТГ-кривой в точках 1 и 2. Для реакции первого порядка уравнение имеет следующий вид:

                                                                            (4.3)

Зависимость ln k = f  в этом случае носит линейный характер.

 

 

Лабораторная работа 8

Определение температурного режима первичной подготовки адсорбента или катализатора и его термостойкости

Приборы и реактивы:

– Дериватограф Q-1500D;

– Образец адсорбента или катализатора в количестве 1 г.

Цель работы. Приобретение навыков работы на дериватографе и освоение методики обработки экспериментальных данных.

Сущность работы. Подготовка образца адсорбента или катализатора к термическому анализу, получение дериватограмм и их расшифровка.

 

Порядок проведения работы

1. Образец в количестве 1 г, предварительно высушенный при комнатной температуре, засыпают в тигель. Тигель с образцом помещают на держатель дериватографа.

2. При помощи набора разновесов на приборе устанавливают нулевое положение.

3. На программаторе устанавливают максимальную температуру и необходимую скорость нагрева.

4. Запускают программу.

5. После окончания эксперимента фиксируют максимальное изменение массы образца.