Жидкостный калориметр-титрометр

(56)У 690 ельство СССР 17/08, 1979. РОМЕТР област именно т ов, призобреьных ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 690330422828/24-.1009.02.8715.10.88. Бюл. В 38С.И.Грызлов, О.В.Бравермаольдштейн и А.Н.федотов536.628.3(088.8)Авторское свидет330, кл. С 01 К 1(54) ЖИДКОСТНЫЙ КАПОРИМЕТР-Т. (57) Изобретение относится к теплофизических измерений, а к устройствам для определени намических параметров процес текающих в жидкой фазе. Цель тения - расширение функционал воэможностеи при одновременном повышении точности измерений и снижениитрудоемкости измерений. Для этого жидкостный калориметр-титрометр содержит автоматический дозатор твердого вещества, состоящий из вертикаль-, ной направляющей трубки, герметично входящей в ячейку через шлиф, бойок, устройство подъема бойка, узел подачи. ампул с твердым веществом. Устройство подъема бойка представляет собой соленоид, состоящий иэ нескольких катушек, расположенных соосно вертикально.Узел подачи ампул состоит из шнека, расположенного в горизонтальной трубке, соединенной с вертикальной направ- се ляющей. 3 ил.Изобретение относится к теплофизнческим измерениям, а именно к созданию жидкостного калориметра для определения термодинамических параметров процессов, протекающих в жидкой фазе, методом калориметрического титрования (КТ). Сущность метода КТ заключается в измерении количества тепла, выделяющегося в ячейке, заполненной раство- О ром одного из компонентов А (титруе" мый раствор) при последовательном мно-. гократном добавлении к нему другого компонента В или его раствора (титранта) в том же растворителе. 5Цель изобретения - расширение функциональных возможностей при одновременном повышении точности измерений и снижении трудоемкости измерений,Дпя этого ячейка калориметра-титро 20 метра дополнена автоматическим доза- тором твердого вещества (АДТВ), состоящим из вертикальной направляющей трубки, герметично входящей в ячейку через шлиф, бойка, устройства подъе ма бойка, узла подачи ампул с твердым веществом, Подключение АДТВ произведено к существующему управляющему блоку.На Фиг.1-3 представлен калориметр титрометр с дополнительным дозатором твердых веществ.Ячейкапредставляет собой сосуд Дьюара с пришлифованной крышкой 2, в которую впаяны термометр 3 сопротивления, стеклянный карман 4 для нагревателя 5, заканчивающийся платиновым стаканом 6, шлиф 7 капилляра 8 для подачи жидкости и шлиф 9 верти-. кальной направляющей 10 дозатора твер 40 дых веществ. Стеклянная пропеллерная мешалка 11 отцентрована в крышке ячейки и через бесконтактную магнитную муфту приводится в движение электронагревателем 12. 45В, калиброванный стеклянный цилиндр13 вставлен тефлоновый поршень 14, связанный со штоком 15, На резьбе всредней части штока размещается шестеренка 16, находящаяся в зацеплениис рейкой 17, Эта рейка связана шату-.ном 18 с кривошипом 19 с переменнымплечом, На оси приводного двигателя20 помещен кулачок 21 с выступом в виде полуцилиндра. Напротив выступа расположен палец 22, жестко закрепленный на платформе 23. На платформе имеется выступ 24, напротив которого находится микропереключатель 25. Напротив гайки 26 штока поршня дозатора жидкости расположен концевой выключатель 27. Никропереключатель 25,концевой выключатель 27 и приводнойэлектродвигатель 20 включены в схемууправляющего блока 28.В нижнюю часть калиброванногостеклянного цилиндра 13 вставленатефлоновая капиллярная трубка 29, заканчивающаяся уплотняюшим приспособлением для крепления вставляемогов ячейку стеклянного капилляра 8.Устройство подъема бойка в дозаторе твердых веществ представляет собойсоленоид, состоящий из нескольких катушек 30, расположенных соосно вертикально, Узел подачи ампул состоит изшнека 31, расположенного в горизонтальной трубке 32, соединенной с вертикальной направляющей О, Праваячасть узла подачи ампул представляетсобой бесконтактную магнитную муфтуследующей конструкции: запаянный встекло магнитный сердечник шнека 33,припаянный к шнеку 31, и соединенныйс малооборотным электродвигателем 34постоянный магнит 35. Большинство конструктивных элементов АДТВ выполненоиз стекла, что исключает химическоевзаимодействие исследуемых веществ сэлементами ячейки. С целью уменьшенияошибок, связанныхс теплообменом с окружающей средой, и для термостатирования подаваемой жидкости выступающаячасть АДТВ и калиброванный цилиндр 13заключены в рубашки 36 и 37, соединенные с термостатом 38, служащим одно-,временно изотермической оболочкойячейки.Измерительный блок 39 соединен стермометром 3 сопротивления, блок40 электрической калибровки - с нагревателем 5, а блок 28 управленияс механизмом автоматической инжекционной дозировки, с катушками 30соленоида, электродвигателем 34 ис оптоэлектронной парой, состоящейиз излучающего фотодиода 41 и фотодиода-приемника 42,Измерение тепловых эффектов в предлагаемом калориметре-титрометре прититровании с помощью механизма автоматической инжекционной дозировкижидкого титранта заключается в следующем. Запоненный дозатор присоединяют к ячеике 1 и устанавливаютнужную температуру в ячейке и рубашке дозатора с помощью термостата 38.Затем переключают на рабочий режим измерительный блок 39 и управляющий блок 28. При этом приводной электродвигатель 20 начинает вращать кулачок 21, За первую половину оборота кулачка происходит инжекция заданной дозы термостатированного титранта в ячейку 1. Количество выделившегося при этом тепла региСтрируется блоком 39. 10 За вторую половину оборота кулачка 21 происходит подготовка дозатора жидкости к инжекции следующей дозы титранта. Для установления цены деления регистрирующего прибора в тепло вых единицах в нескольких точках кривой калориметрического титрования проводится электрическая калибровка калориметра по теплу Джоуля с помощью блока 40 калибровки. 20Измерение тепловых эффектов в предлагаемом калориметре-титрометре при титровании твердым титрантом с помощью АДТВ проводится следующим образом. 25В специальных стеклянных заготовках 43 (фиг.2) запаивают навески твердого вещества 44. Запаивание проводят газовой горелкой.при помощи предварительно охлажденного хладаген" 30 том (например, жидким азотом) держателя 45, При этом расширяющаяся часть заготовки 43 помещается в специальное углубление держателя 45, предотвращая тем самым термическое разложение и возгонку запаиваемого твердого вещества.Затем включается для прогрева измерительный блок 39, блок 40 электрической калибровки и блок 28 управле ния на холостой режим работы. Сборка дозатора производится следующим образом, Вынимают шнек 31 а затем вновь вставляют его в горизонтальную трубку 32, при этом между витками шнека 31 45 помещают ампулы с твердым веществом 46, затем вставляют дозатор в крышку 2 ячейки 1 и герметизируют всю систему колпачком 47 на шлифе 48, рубашка дозатора подсоединяется к термостату.Собранную таким образом ячейку 1 помещают в термостат 38, заполняют ее титруемым раствором 49 и запускаютмешалку 11 двигателем 12. Устанавливают необходимую температуру в ячейке 1 с помощью термостата 38После:. этих предварительных операций приступают к процессу титрования, Для этого переключают на рабочии режим измерительный блок 39 и блок 28 управления. При этом за счет плавной последовательной подачи напряжения на катушки 30 соленоида, начиная с нижней и кончая верхней, происходит плавный подъем остеклованного сердечника из магнитного материала 50, припаянного к бойку 51. Поднятый таким образом боек 51 удерживается в верхнем положении матФитным полем, созданным самой верхней катушкой соленоида. При этом нижний конец бойка 51 оказывается выше горизонтальной трубки 32. Затем включается электродвигатель 34, который посредством бесконтактной магнитной муфты приводит во вращение шнек 31, вызывая тем саиаю перемещение ампул 46, Ампула, соскальзывая вниз в вертикальную направляющую 1 О и проходя между фотодиодами 41 и 42, вызывает кратковременное ослабление светового потока данной оптоэлектронной пары, что является сигналом остановки электродвигателя 34предотвращая тем самым подачу следующей ампулы. Соскольз.увшал вниз ампула 52 устанавливается в сужающемся конце нижней части вертикальной направляющей 10Сигнал остановки электродвигателя 34 является одновременно сигналом плавного опускания бойка 51, которое происходит за счет плавной последовательной подачи напряжения на катушки 30 соленоида з обратном порядке - сверху вниз. Таймер блока 28 управления через заранее установленное экспериментатором время, необходимое для термостатирования ячейки 1, подает импульс на подъем бойка 51, происходящий по описанному способу, с тем различием, что, если раньше боек удерживался магнитным полем верхней катушки 30 соленоида., то теперь в верхней точке напряжение снимается со всех катушек соленоида, что приводит к падению бойка 51 и разбиванию ампулы 52Верхняя часть ампулы 52 представляет собой вогнутую тонкую стеклянную диафрагму, которая легко разрушат ется при падении бойка 51, при этом твердое вещество переходит в объем титруемого раствора. Чтобы осколки ампул ие мешали вращению мешалки, нож"ияя часть мешалки, представляющаясобой вогнутую поверхность, опирается на конус, расположенный на днеячейки 1.Благодаря интенсинному перемешиванию с помощью пропеллерной мешалки 11 и наличию отверстий в нижней части вертикальной направляющей 53 соз 5 даются благоприятные условия для ра- створения исследуемого твердого нещества и процесса титрования, Тепловой эффект, сопровождающий данные процессы, регистрируется измерительным 10 блоком 39. При этом вся система переходит в исходное состояние. Такие операции автоматически повторяются до тех пор, пока не будет получена полная кривая КТ. 15Для установления цены деления регистрирующего прибора в тепловых единицах в нескольких точках кривой ;алориметрического титрования проводится электричечкая калибровка по теплу 20 Джоуля с помощью блока 40 электрической калибровки.При обсчете экпериментальных данных, полученных в результате КТ твердым веществом с использованием данно го дозирующего устройства, необходимо учитывать ряд поправок: теплоту разрушений стеклянной ампулы (определяется в отдельной серии боя пустых ампул); теплоту испарения компонентов 30 титруемого раствора в свободный объем ампулы; теплоту конденсации компонентон титруемого растнора из газоной фазы (свободный объем калориметрической ячейки) в раствор за счет разницы в давлении насыщенных паров до и после растворения очередной нанески твердого титранта.Таким образом, наличие у калориметра-титрометра предлагаемого автомати ческого дозатора твердых веществ позволяет проводить весь процесс КТ твердым титрантом в герметических условиях и полуавтоматическом режиме (участие оператора требуется только 45 в предварительной подготовке калориметра к работе и калибровке его по теплу Джоуля); отказаться в ряде случаев от стадии приготовления раство" ра титранта и титровать исследуемый 50 раствор твердым титрантом, что повышает точность эксперимента путем снижения ошибок, связанных с этой стадией, и приводит к существенному снижению трудоемкости всего эксперимента методом КТ; изучить процессы растворения твердых веществ н различных растворителях, т.е, позволяет калориметру-титрометру выполнять функции калориметра растворения, что значительно расширяет круг решаемых с его помощью вопросов; при исследовании многостадийных процессов комплексообразонания вести титрование с одновременным использованием механизма автоматической инжекционной подачи жидкого титранта и автоматического дозатора твердого вещества.Воэможность подключения блока 39 измерения, блока 40 электрической калибронки и блока 28 управления к управляющей микроЭВМ позволяет проводить калориметрию титрования, а также калориметрию растворения в автоматическом режиме, т.е. участие оператора требуется только н предварительной подготовке калориметра.Формула и з о б р е т е н и яЖидкостный калориметр-титрометр по ант.св. У 690330, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений и снижения трудоемкости, он снабжен автоматическим дозатором твердых веществ, состоящим из направляющей трубки, герметич-, но соединенной с ячейкой через шлиф, остеклованного сердечника из магнитного материала, припаянного к верхней части бойка и помещенного внутрь направляющей трубки, устройства подъема бойка в виде соленоида, расположенного соосно направляющей трубке н ее верхней части, узла подачи ампул, включающего в себя шнек, расположенный внутри трубки, герметично соединенной с направляющей трубкой под прямым углом, запаянный в стекло брусок из магнитного материала, прикрепленный к шнеку и соединенный с магнитным приводом электродвигателя, включенного в схему управляющего блока, оптоэлектронной пары, закрепленной на поверхности направляющей трубки н месте ее соединения с ячейкой и включенной в схему управляющего блока, 4307651430765 иГ Составитель В.ЯрычТехред А,Кравчук Корректор А.Обру дактор Е.Копч 07 Подписио комитета СССРй и открытийушская наб д, 4/5 аказ 5331/4 Тираж Государственно елам изобретен сква, Ж, Ра ВНИИП 13035 изводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,