1、图 2.1 ARC 实验原理示意图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
2、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。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 0.02min-1） 。未检出放热时，将试样温度提高一个台阶，一般
3、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
4、）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、
5、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） 的ARC 实验数据表25NOHC（3）下图为最大反应速率到达时间的修正曲线， ， 为实测值， 为修s 正系数， 为修正值S2.6 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: 1-302 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): 71-743 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
