[发明专利]一种固态物质瞬态受热反应速度测量方法与系统

说明书

本发明公开了一种固态物质瞬态受热反应速度测量方法与系统。测量方法包含以下步骤：(1)在不放置样品条件下让样品托盘进入高温反应环境，测量该过程中托盘质量记为空白测量曲线；(2)放置样品并让样品托盘进入高温反应环境，测量托盘和样品质量记为表观样品质量测量曲线；(3)由表观样品质量测量减去空白测量曲线得到实际样品质量曲线；(4)进行实际样品质量曲线滤波和平滑，将平滑后的曲线记为实际样品质量平滑曲线；(5)实际样品质量平滑曲线对时间求一阶导数，得到固态物质反应速度。该方法的特点在于模拟物质进入高温环境的过程，消除了高温环境内外气体密度差对测量结果的影响，准确获得固态物质瞬态受热反应速度。

技术领域

本发明涉及一种固态物质瞬态受热反应速度测量方法与系统，属于化学反应速度测量领域。

背景技术

固态物质瞬态受热并发生物理变化或化学反应是一类常见的工业过程，如煤粉、秸秆喷入炉膛内燃烧、石灰石粉喷入回转窑内煅烧等过程。这类过程的特点是固体颗粒或粉末快速进入或喷入高温环境下，瞬间受热并发生快速的化学反应，这类过程里固体颗粒或粉末的升温速度接近500-1000℃/s，因此属于瞬态受热反应过程。了解这类过程里固体颗粒或粉末的反应速度对于了解和控制工业反应过程十分关键，因此有必要准确测量固态物质瞬态受热反应速度。

目前大体上存在两类测量固态物质反应动力学的方法。一类是基于固态物质的，这类方法的典型设备是热天平，通过实时监测反应过程中样品的质量来监测反应进度，但这类设备并不能测量瞬态受热时的固态物质反应速度，因为热天平要求从室温下经过程序升温(一般 1-100℃/min)到某个指定温度，只能获得程序升温中或程序升温后固态物质的反应速度，不能模拟物质瞬态受热的过程。

另一类是基于气体产物的，这类设备一般是在反应环境的出口连接上烟气分析仪，通过监视固体反应后产生的气态物质的浓度的变化间接获得反应速度，这类方法中由于气态产物首先将混合到载气主气流然后才能流入烟气分析设备，由于气体产物扩散速度可能受许多因素的影响而扩散不均匀，因此烟气分析仪测量的浓度数据不能真实且准确地反映气体产物反应速度，从而无法获得准确的固态物质瞬态受热反应速度。

因此，研究一种能够准确测量固态物质瞬态受热反应速度的方法是固态物质化学反应速度测量领域急需解决的问题。

发明内容

为克服现有方法的不足，本发明提供一种固态物质瞬态受热反应速度测量方法与系统。本发明所采取的技术方案如下：

一种固态物质瞬态受热反应速度测量方法，包含以下步骤：

(1)空白测量：建立含有指定反应气体的稳定高温反应环境，让空样品托盘进入高温反应环境，记录这个过程中的样品托盘的质量变化曲线，记为空白测量曲线。

由于高温反应环境内外气体温度和成分的差别，样品托盘在高温反应环境内外的空气密度差异导致浮力不同，导致样品托盘由高温反应环境外进入高温反应环境内后样品托盘质量的测量值发生变化，因此需要记录这一过程的样品托盘质量变化曲线。

(2)表观样品质量测量：在样品托盘中放置样品，让样品以及样品托盘进入高温反应环境，记录这个过程中的样品和样品托盘质量变化曲线，记为表观样品质量测量曲线。

(3)空白消除：由表观样品质量测量曲线减去空白测量曲线得到实际样品质量曲线。

(4)数据平滑：对实际样品质量曲线进行滤波和平滑，得到实际样品质量平滑曲线。

测量中，由于高温反应环境内气体流动等原因，实际样品质量曲线不是一条平滑的曲线，而是带有锯齿、波动的不平滑曲线，数据处理软件对曲线进行滤波好平滑处理，处理后的平滑曲线消除了测量中的数据抖动，得到一条平滑曲线，更符合实际反应过程中的样品质量变化过程。

(5)反应速度计算：将实际样品质量平滑曲线对时间求一阶导数，得到以固体质量变化率计的固体反应速度；