无模型(等价转换)分析方法Kinetics Neo

不假定反应类型用途有限。

导言

无模型分析法可确定反应过程的活化能,而无需假设该过程的动力学模型。此外,计算活化能通常不需要反应类型。但是,无法确定反应步骤的数量、它们对总效应的贡献或发生顺序。

无模型分析的假设

无模型分析基于两个假设:

1.反应程度α只需一个动力学方程即可描述:

其中,E(α)是取决于转化率α 的活化能,A(α)是预指数因子。

化学反应活化能 E 的计算不需要假设反应类型,但预指数 A 只有在假设反应类型的情况下才能求得。

2.转化率恒定时的反应速率只是温度的函数

图 1 弗里德曼分析图:对数(反应速率)与 1000/T。在不同加热速率下的测量中,通过等转换点绘制的直线。
图 2 根据弗里德曼分析图中等转化率线的斜率得出的表观活化能与转化率的关系。

无模型分析的结果

一些无模型方法计算 E 和 A 的单一值,另一种无模型方法计算活化能 E(α) 和前指数因子 A(α) 与转换度 α 的函数关系。

图 3 实验点和模拟实线。在模拟中,表观活化能被用作转化率的函数。
图 4 等温阿伦尼乌斯法(ASTM E2070 D):在不同温度下进行等温测量时的氧化诱导时间 (OIT) 值、等转换线和计算出的动力学参数。

无模型方法Kinetics Neo

在Kinetics Neo 中,可以使用以下几组方法:

1.单值无模型方法,即找到 E 和 A 的一个值:

  • ASTM E698
  • ASTM E2890
  • ASTM E1641
  • 从时间到事件的等温阿伦尼乌斯法
  • 失效温度动态阿伦尼乌斯法(ASTM E2070D)
  • ASTM E2070(A) 等温数据。

2.多值无模型方法,可找到 E(α) 和 A(α) 的依存关系:

  • 弗里德曼
  • 小泽-弗林-沃尔(OFW)
  • 基辛格-赤平-苏诺塞(KAS)
  • 维亚佐夫金
  • 数值优化 (Kinetics Neo only)。

无模型方法的优缺点

弗里德曼 弗里德曼弗里德曼分析法是一种等效转换法,而小泽-弗林-沃尔分析法(OFW 小泽-弗林-沃尔(OFW),基辛格-赤平-苏诺塞(KAS)小泽 -弗林-沃尔 Ozawa- Flynn-Wall ,OFW)、基辛格 -阿卡希拉 -苏诺塞 (Kissinger-Akahira-Sunose,KAS)和瓦佐夫金(Vazovkin )方法的分析是积分等效转换法。在所有方法中,测量结果都要进行多级转换分析。 弗里德曼需要至少两次测量。

除了三个动态测量之外、 舷窗,KASVyazovkin 的加热 要求正加热率。

数值优化 数值优化使用数字模拟来确定活化能和前指数因子,使模拟曲线与实验曲线达到最佳一致。至少需要两次测量。

在所有方法中,活化能都是通过在不同加热速率下或不同等温条件下测量的相同转换点(0.01、0.02、...、0.99)来确定的。 弗里德曼数值优化).

无模型方法优点缺点
基于单一转换的方法
- ASTM E698
- ASTM E1641
- ASTM E2890

- 等温阿伦尼乌斯
- 动态阿伦尼乌斯

- 仅适用于一步反应;对于复杂反应,各点不在一条直线上。

- ASTM:仅用于动态测量。

- 只评估一个点;不使用所有其他信息。

取决于转换的方法
ASTM E2070(A)

- 适用于无平行反应步骤的多步骤反应。

- 评估每个反应点。

- 仅适用于等温测量。

对于平行和独立反应,给出 Ea 的平均值。
弗里德曼

- 适用于无平行反应步骤的多步反应。

- 评估每个反应点。

- 适用于动态和等温测量。

对于平行和独立反应,给出 Ea 的平均值。
小泽-弗林-沃尔(OFW)

- 适用于无平行反应步骤的多步骤反应。

- 评估每个反应点。

- 仅适用于动态运行。

- 对于平行和独立反应,给出 Ea 的平均值。

基辛格-冈平-苏诺塞(KAS)

- 适用于无平行反应步骤的多步骤反应。

- 对每个反应点进行评估。

- 仅适用于动态运行。

- 对于平行和独立反应,给出 Ea 的平均值。

用于加热的 Vyazovkin

- 适用于无平行反应步骤的多步反应。

- 评估每个反应点。

- 仅适用于动态运行。

- 对于平行和独立反应,给出 Ea 的平均值。

数值优化

- 适用于无平行反应步骤的多步反应。

- 评估每个反应点。

- 适用于动态和等温测量。

- 对于平行反应和独立反应,给出 Ea 的平均值。

无模型图中的Kinetics Neo

  • Y 轴分析图:
    • 对数(加热速率)
    • 对数(加热速率/T2)
    • 对数 dx/dt 与 1000/T 的关系
    • 对数(时间)与 1000/T
  • 活化能和预指数与转化率的关系图
  • f(α) 的主图
  • 转换拟合。
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