Способ автоматического контроля быстрыххимических реакций

Способ автоматического контроля быстрыххимических реакций

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретеиия

;1

Ю.Г, Подкин, О.М. Розенталь н В.Н. Щихов (7l) заявители (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ БЫСТРЫХ

ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИИ

Изобретение относится к технике контроля процессов химической технологии и может использоваться в химической, фармацевтической, пищевой прояапленности и в биологии для экспресс-анализа быстропротекающих процессов в реакционных смесях, для которых начальная диэлектрическаяпроницаемость близка к диэлектрической проницаемости продуктов реакции.

Известен способ коидуктометрического контроля жидкостей, заключающийся в наблюдении сигналов измерительной и эталонной секции реакционной камеры, через которую протекает анализируемая жидкость, н определении степени рассогласования сигналов, на основе которой определяют иссдедуемые свойства fig.

Однако сильная зависимость электро проводиости от температуры и концентрации реагентов приводит к значитель- ным погрешностям измерения. Если же начальная диэлектрическая проницаемость равна проницаемости продуктов реакции, то этот способ не применим.

ДискретяИ характер измерений затрудняет интерпретацию полученяах результатов и снижает качество информации.

Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля быстрых химических реакций в реакционной камере, включающий непрерывное измерение текущего значения диэлектрической проницаемости контролируемой среды с помощью, например, диэлькометра, осно.ванный на использовании метода непрерывной струи:.и заключающийся в пропусканни струи через камеру, в стенках которой установлен датчик дпя подачи и приема электрического сигнала. При этом о мимической реакции судят по распределению тангенсов угла.диэлектрических потерь tgd в реакционной камере (2).

Однако известный способ имеет следукщие недостатки. Величина tg(P определяется отношением мнимой составаяю85I244

3 щей диэлектрической проницаемости к действительной, что увеличивает сум марную погрешность, которая оказывается бапьше погрешностей определения составляющих проницаемостей причем наи-.

Э

5 более интенсивное изменение происходит после образования первичных продуктов реакции. Эта задержка во времени приводит к тому, что первичные этапы химических реакций величиной tgcP не on- 10 ределяются. Кроме того, этот способ не позволяет судить об интенсивности реакции. Таким образом, точность и информативность известного способа малы. 15

Цель изобретения - повышение точности и информативности контроля быстрых химических реакций.

Поставленная цепь достигается тем, что в известном способе контроля быст-20 рых химкческих реакций в реакционной камере, включающем измерение текущего значения диэлектрической проницаемости контролируемой среды с помощью диэлькометра, задают два пороговых 25 значения диэлектрической проницаемости и преобразуют измеренное ее значение в два прямоугольных импульса напряжения таким образом, что начапо и конец первого прямоугольного импуль- 30 са совпадают с моментами равенства диэлектрической к проницаемости нижнему пороговому значению, а начало и конец второго - с моментамн равенства диэлектрической проницаемости верхне- 35 му пороговому значению, затем по длительности первого прямоугольного импульса судят о периоде и средкей скорости реакции, по интервалу между началом первого и началом второго пря-40 моугольных импульсов — об интенсивности процесса ускорения реакции и по интервалу между концом второго и концом первого прямоугольных импульсов — об интенсивности процесса за- 45 медления.реакций. Кроме того, нижний порог дкМчектрической проницаемости выбирают на уровне, превышающем макскмапьное .значение фпюктуаций начального уровня на 6 дБ, а верхний — в 50 области наибольших скоростей изменения диэлектрической проницаемости.

На фиг. 1 изображена типовая зависимость диэлектрической проницаемости 55 от времени в ходе реакции на фиг. 2— схема экспериментальной установки, реапкэующей предлагаемый способ.

Способ автоматического контроля быстрых химических реакций в реакционной камере включает измерение текущего значения диэлектрической проницаеI мости F контролируемой среды с по» мощью диэлькометра, Способ осуществляют следукщим образом.

Задают два пороговых значения диэI t лектрической проницаемости 1*- 1 и Ю„ 2 и и преобразуют измеренное ее значение в два прямоугольных импульса напряжения О„и И (жг. l) таким образом, что начало и конец первого прямоугольного импульса 04 совпадает с моментами равенства диэлектрической проницаемости нижнему пороговому значению с 1, а начало и конец второго прямо-. угольного импульса U совпадают с мо- ментами равенства диэлектрической проницаемости верхнему пороговому знаI чению <р2 соответственно точки АэГ и Б, В (фиг. l ). Сформированные прямо угольные импульсы напряжения дифференцируют (Одиф.)отрицательные выбросы инвертируют и смешивают с положитель ными (U ) . Полученные импульсы используют для управления соответствующими хронометрамн, затем по длительности первого прямоугольного импульсасудят о периоде и средней скорости реакции (интервал А-Г, tl... t4) по интервалу между началом первого и началом второго прямоугольных импульсов - об интенсивности процесса ускорения реакции (интервал А-Б, tl... t2) и по интервалу между концом второго и концом первого прямоугольных импульсов — об интенсивности процесса замедления реакции (интервал В-Г, 13... 4) .

Нижний порог диэлектрической про1 ницаемости Е„1 целесообразно выбрать на уровне, превышающем максимальное значение фпюктуацийЕф начапьного уров1 ( ня йачна величину h-Åô, определяемую из соотношения

20tg =6yS, ф ua9. что обеспечивает удовлетворительную помехоустойчивость контроля, начинающегося при этом в предельно ранний момент времени (уровень А-Г) .

Верхний порог „2 целесообразно выбрать в области наибольших схоростей изменения диэлектрической проницаемости на основе статистического усреднения типовых кривых в контроМаксимальная погрешность измерений предлагаемым способом не превышает

7Х что обеспечивает большую точность измерения, чем известковы способавя.

5 85!2 лируемых системах (уровень Б-В ) Площадь под кривой в интервалах А-Ъ и

В-Г пропорциональна выходу продукта . реакции за измеряемый промежуток времени . Коэффициент пропорциональности является константой реактора и первичного измерительного преобразователя дизлькометра. Сравнивая указанные площади в разные временные интервалы, можно судить о производительности о реакции в эти интервалы, а зная коэффициент пропорциональности и полную площадь под кривой АБВГ, можно оценить валовой выход продукта.

В основу изобретения положены сле- 1ю дующие физико-химические процессы.

В процессе протекания реакций возникаяцие пограничные слои наиболее интенсивно обогащаются примесями и выполняют транспортную функцию. Нан- 20 ример, при растворении появляется межфаэовая модифицированная прослойка с нестационарным гидродинамическим потоком примесей в более глубокие слои жидкости. При этом происходит частич- 2s ная временная переориентация молекулярных диполей, например, в водном растворителе НоО, параэлектрических групп, например, ОН или образуются эффективные "кластеры" из параллельно Зо упорядоченных диполей растворителя.

Одновременно увеличивается поляризуемость жидкости, что и фиксируется в диапазоне высоких частот как временное увеличение диэлектрической прони- з цаемости . В настоящее время устаf новлено, что скачок E наблюдается при протекании процессов гомогенизации, растворения> ферментативного катализа и регуляции, в реакциях с перено- 40 сом электрона и протона, с участием свободных радикалов и комплексообразованием. Высокая раэрешакицая способность используемых диэлькометров гарантирует независимость определения 45

1 I, поэтому рост величины Я может быть обусловлен только увеличежем паляризуемосты (дипольных моментов) структурных элементов система. Таким образом, процесс (химическая реакция, $0 например, растворение) инициирует временное образование крупных (соответствующая частота релаксации, например !

0 M ) поляризованных комплексов.

Экспериментальная установка (фиг.2у реализукщая предлагаемый способ, состоит из реакционной камеры ° резервуара 2 с краном, плоскопараплель44 6 ных электродов 3 первичного измерительного преобразователя, диэлькометра 4, компаратора 5 кодов, програм» мирующего устройства 6 и трех хронометров 7, 8 и 9 °

Пример. Контроль процесса гомогенизации водного раствора электро» лита.

В реакционную камеру I наливают I л бидистиллята воды. Резервуар заполняют 0,2Х-ным раствором ИаС!. В качестве диэлькометра 4 используют при, бор Ш2-3.

Для обработки выходного сигнала диэлькометра применяют стандартные рнб иэ комплекса системы сбора и обработки данных типа )002. Аналоговый выход диэлькометра соединяют с входом компаратора 5 кодов типа 202/!.

Программирующее устройство 6 типа

301Б/! задает пороговые значения ди. электрической проницаемости. Компаратор кодов сравнивает измеренные значения диэлектрической проницаемости с пороговыми, вырабатывает прямоугольные управляющие импульсы, дифференцирует эти импульсы, инвертирует отрицательные выбросы и смешивает их С положительными.

Первый выход компаратора 5 кодов, задающего пусковой импульс, соединяют со. входами "старт" первого 7 и второго 8 частотомеров-хронометров Ф504! ° второй его выхрд соединяют со входом

"стоп" частотомера-хронометра 7, третий выход — со входом "старт" третье=, го частотомера-хронометра 9, а четвертый — с входами "стоп" частотомеров-хронометров 8 н 9. Электроды

3 измерительного преобразователя устанавливают на расстоянии 3,6 и 9см от крана резервуара 2. На входы

"сброс" частотомеров-хронометров 7, 8 и 9 подается импульс напряжения, устанавливакщий нулевые показания этих приборов. Затем открывают кран резервуара 2 в воду вливают раствор электролита. Разбавление этого .раст» вора сопровождается кратковременным возрастанием диэлектрической прони" цаемости. Осуществляют три этапа измерений для каждого расстояния электродов 3 от крана резервуара 2.

7 85) 24 Использование способа автоматического контроля быстрых химических реакций позволяет значительно повысить точность измерений скорости реакций благодаря возможности измерять эту скорость непосредственно, а не по данным о мгновенных свойствах контролируемой среды, как в известных способах..Кроме того, при использовании точечных измерительных преобразователей возможен локальный анализ контролируемой среды, а при использовании однолучевых преобраэователей— анализ аниэотропии.

Предлагаемый способ обеспечивает также малый разброс контролируемых значений для веществ одного класса в одинаковом температурном режиме. позволяющий унифицировать методику интерпретации.и возможность контроля о интенсивности процесса и валового выхода roтовоrо продукта.

Формула изобретения

l . Способ автоматического контроля быстрых химических реакций в реакционной камере, включающий измерение текущего значения диэлектрической зв проницаемости контролируемой среды, отличающийся тем,что,с целью повышения точности контроля. задают два пороговых значения диэлектрической проницаемости и преобразуют

4 8 измеренное ее значение в два прямоугольных импульса напряжения таким образом, что начало и конец первого прямоугольного импульса совпадают с моментами равенства диэлектрической проницаемости нижнему пороговому значению, а начало и конец второго - с моментами равенства диэлектрической проницаемости верхнему пороговому значению затем по длительности первого прямоугольного импульса судят о периоде и средней скорости реакции, по интервалу между началом первого и началом второго прямоугольных импульсов — об интенсивности процесса уСкорения реакции и по интервалу между концом второго и концом первого прямоугольных импульсов — об интенсивности процесса замедления реакции.

2. Способ по п.l, о т л и ч а юшийся тем, что нижний порог диэлектрической проницаемости выбирают на уровнй превышаницем максимальное значение фпюктуаций начального уровня, например, на 6 дБ, а верхний — в области наибольших скоростей изменения диэлектрической проницаемости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 457022, кл. 6 Ol М 27/02 15.01 ° 76.

2. Авторское свидетельство СССР

М 419776, кл. 9 01 М 28/08, 15.03.74 (,прототип).