物质分解的加速度量热

1 物质分解的加速度量热（ARC）实验

实验预习：

1.1实验目的

（1）了解加速度量热仪（ARC）的基本原理、测试方法及应用。

（2）熟悉ARC的仪器与基本操作。

（3）学习分析ARC测试结果。

1.2实验原理

本实验采用英国THT公司生产的esARC，该设备主要由显示器和测试用主机构成，电脑机箱也在主机中。ARC的主要测试结构如图2.1所示：试样放置在球形样品池（故也称为样品球）中，样品球安装在镀镍铜夹套内，并连接有压力传感器和用于测量试样温度的热电偶。镀镍铜夹套包括上部、周边和底部三个区域，三个区域分别加热并由热电偶控制加热温度，固定在顶部和底部夹套内表面的两个热电偶，分别位于顶部和底部两个加热器的1/4间距处，另一热电偶直接夹持在球形样品容器的外表面。所有的热电偶都以误差小于0.01℃作为基准，通过保持样品球与夹套温度精确相等实现绝热条件，在绝热条件下，通过终端计算机记录样品放热反应过程的温度（压力）与时间、升温速率（压力）与温度的关系，绘制ARC曲线。

图2.1 ARC实验原理示意图

ARC的操作模式如图2.2所示：实验时，把准备好的样品球在绝热条件下加热到预先设定的初始温度，并经一定的等待时间（常为5-10min）以使之达成热

平衡，然后观察其自反应放热速度是否超过设定值（通常为0.02℃∙min-1）。未检出放热时，将试样温度提高一个台阶，一般为5℃左右，经过一定时间待温度稳定后再检查其放热情况。如此按同样的步骤反复阶梯式探索若干次。一旦检知开始放热，实验系统便自动地进入严密的绝热控制，并按规定的时间或温度间隔记录下时间、温度、升温速率和压力这四个数据。反应进行至自放热速度低于设定值后，便由此温度开始再次进入阶梯式探索，即经过若干次加热-等待-搜寻（heat-wait-seek）的阶梯式循环探索，直至系统温度达到预先设置的终止温度才终止实验。

图2.2 ARC的操作模式

1.3实验材料和仪器

（1）英国THT公司生产的加速度量热仪（esARC）

（2）天平：分度值0. 1g

（3）样品球

（4）冷却用空压机

（5）硝基乙烷（分析纯）

实验报告：

1 实验步骤

（1）打开ARC主机上部的门；

（2）称取0.318g的硝基乙烷，将带样的bomb接入设备中，接好压力管线，关门；

（3）打开主机下部的门，打开电源，开电脑，关门；

（4）打开电脑中的试验软件，设定试验程序。采用5℃为一个温度台阶，等待时间为10min，检出灵敏度为0.02℃/min，起始温度为120℃，终止温度为350℃；

（5）校正压力值；

（6）开始实验；

（7）测试结束后空压机自动运行冷却设备；

（8）冷却至设定温度后，打开设备上部的门，取出样品球，清洗样品球。

（9）结束实验，关闭仪器。

2 数据记录及处理

采用THT 公司提供的数据处理软件，输入硝基乙烷的比热容、密度等必要参数，拟合得到硝基乙烷分解的活化能、反应级数和指前因子等参数。

（1）实验所得温度（压力）－时间曲线

从上图可知，初始阶段温升速率非常小，样品放热缓慢，根据Arrhenius 方程，温度每升高10℃，反应速率增大2-3倍。

（2）252NO H C 的ARC 实验数据表

（3）下图为最大反应速率到达时间的修正曲线，

ϕθθ=s ，θ为实测值，ϕ为修

正系数，S θ为修正值

2.6注意事项

1)实验前一定要打开空压机开关，以确保实验结束或升温过快时设备能自

动降温。

2)样品重量一定要严格控制。发热量太大不但得不到正确的数据且会损坏

仪器。

3)实验结束后一定要认真清洗样品球和连接管，否则其中残余的药品会影

响下次实验的结果。

2.7参考资料

[1]Townsend D. I., Tou J C. Thermal hazard evaluation by an accelerating rate

calorimeter. Thermochimica Acta, 1980, 37: 1-30

[2]钱新明, 王耘, 冯长根. 用加速量热仪研究KClO3/CuO/S/Mg-Al/C6Cl6的热

分解. 物理化学学报, 2001, 17 (1): 71-74

[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.

中国安全生产科学技术, 2005, 1(1): 13-18