vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2023-59-4-318-333vestich-850Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯTECHNICAL CHEMISTRY AND CHEMICAL ENGINEERINGИсследование кинетики термической конверсии авиационных масел в неизотермических условияхStudy of the kinetics of aviation oils thermal conversion under non-isothermal conditionsВасилевичС. В.VasilevichS. V.

Василевич Сергей Владимирович – кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

ул. Уборевича, 77, 220072, Минск

Vasilevich Siarhei V. – Ph. D. (Engineering), Leader Research

77, Uborevich Str., 220072, Minsk

svasilevich@yandex.ruШапороваЕ. А.ShaporovaE. A.

Шапорова Елена Анатольевна – кандидат химических наук, заведующий аспирантурой

ул. Уборевича, 77, 220072, Минск

Shaporova Elena A. – Ph. D. (Chemical), Head of Postgraduate Studie

77, Uborevich Str., 220072, Minsk

telushenko@gmail.comСтойкоС. О.StoykoS. О.

Стойко Сергей Олегович – научный сотрудник

ул. Уборевича, 77, 220072, Минск

Stoyko Sergey O. – Researcher

77, Uborevich Str., 220072, Minsk

sergey_14_95@mail.ruБелорусская государственная академия авиацииBelarusian State Aviation Academy202302122023594318333Copyright © Василевич С.В., Шапорова Е.А., Стойко С.О., 20232023Василевич С.В., Шапорова Е.А., Стойко С.О.Vasilevich S.V., Shaporova E.A., Stoyko S.О.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/850

Обсуждаются результаты кинетического исследования термического разложения авиационных масел МС-8П, ТН-98 и ТН-600 в условиях непрерывного нагрева с постоянной скоростью 5 К/мин до температуры 1 073 К. Для описания механизма реакции и определения макрокинетических параметров применялся интегральный метод. Установлено, что с феноменологической точки зрения усредненная реакция термоконверсии авиамасел в условиях опытов соответствует реакционной модели, описываемой уравнением реакции, ограниченной поверхностью (МС-8П), степенным законом (ТН-98), и модели, описываемой уравнением реакции, ограниченной трехмерной диффузией (ТН-600). При разделении усредненной реакции на две реакции (первая завершается при температуре 550–600 К, вторая – 638–655 К) определено, что первая реакция описывается уравнением реакции 2-го порядка (МС-8П), 1-го порядка (ТН-98) и уравнением реакции одномерной диффузии (ТН-600), а вторая – уравнением реакции 1-го порядка (три типа масла). При этом энергия активации первой реакции составила 99 кДж/моль (МС-8П), 145,6 кДж/моль (ТН-98) и 57,4 кДж/моль (ТН-600), значение предэкспоненциального фактора – 144 241 567 мин–1 (МС-8П), 62 161 395 942 мин–1 (ТН-98) и 236,16 мин–1 (ТН-600). Энергия активации второй реакции равна 160 кДж/моль (МС-8П), 91,6 кДж/моль (ТН-98) и 127,1 кДж/моль (ТН-600), предэкспоненциальный фактор – 8,81 ‧ 1011 мин–1 (МС-8П), 1,26 ‧ 104 мин–1 (ТН-98) и 2,04 ‧ 108 мин–1 (ТН-600). Показано, что использование этих значений энергии активации и предэкспоненциального фактора приводит к согласию расчетных значений степени разложения изученных образцов масла с экспериментальными в интервале значений степени разложения от 0 до 1.

The paper discusses the results of a kinetic study of the thermal decomposition of MS-8P, TN-98, and TN-600 aviation oils under conditions of continuous heating at a constant rate of 5 K/min to a temperature of 1 073 K. An integral method was used to describe the reaction mechanism and determine the macrokinetic parameters. It has been established that, from a phenomenological point of view, the average reaction of aviation oils conversion under the experimental conditions corresponds to the reaction model described by the surface-limited reaction equation (MS-8P), the power law (TN-98) and the model described by the three-dimensional diffusion-limited reaction equation (TN-600). When dividing the averaged reaction into two reactions (the first is completed at a temperature of 550–600 K, the second at a temperature of 638–655 K), it is determined that the first reaction is described by the reaction equation of the 2nd order (MS-8P), the first order (TN-98) and the reaction equation of one-dimensional diffusion (TN-600), and the second the reaction equation of the first order (three types of oil). The activation energy of the first reaction was 99 kJ/mol (MS-8P), 145.6 kJ/mol (TN-98) and 57.4 kJ/mol (TN-600), the value of the pre-exponential factor was – 144 241 567 min–1 (MS-8P), 62 161 395 942 min–1 (TN-98) and 236.16 min–1 (TN600). The activation energy of the second reaction is 160 kJ/mol (MS-8P), 91.6 kJ/mol (TN-98) and 127.1 kJ/mol (TN-600), the pre-exponential factor is 8.81 ‧ 1011 min–1 (MS-8P), 1.26 ‧ 104 min–1 (TN-98) and 2.04 ‧ 108 min–1 (TN-600). It is shown that the use of these values of the activation energy and the pre-exponential factor leads to agreement between the calculated values of the degree of decomposition of the studied oil samples and the experimental ones in the range of values of the degree of decomposition from 0 to 1.

термическая конверсияавиационное маслокинетикамеханизм реакцииаррениусовские параметрыthermal conversionaviation oilkineticsreaction mechanismArrhenius parametersReferencesАвиация: энциклопедия / гл. ред. Г. П. Свищев. – М.: Большая Рос. Энцикл., 1994. – 735 с.Svishchev G. P. (ed.). Aviation: Encyclopedia. Moscow, Great Russian Encyclopedia, 1994. 735 p. (in Russian).Коняев, Е. А. Химмототология авиационных масел и гидравлических жидкостей / Е. А. Коняев, М. Л. Немчиков. – М.: МГТУ ГА, 2008. – 81 с.Konyaev E. A., Nemchikov M. L. Himmototology of aviation oils and hydraulic fluids. Moscow, Moscow State Technical University of Civil Aviation, 2008. 81 p. (in Russian).Новиков, Д. К. Опоры и уплотнения авиационных двигателей и энергетических установок / Д. К. Новиков, С. В. Факлеев. – Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2011. – 124 с.Novikov D. K., Fakleev S. V. Supports and seals for aircraft engines and power plants. Samara, Publishing house of Samara State Aerospace University, 2011. 124 p. (in Russian).Масла, смазки и специальные жидкости / сост.: В. Ф. Данилов [и др.]. – Елабуга: Изд-во фил. К(П)ФУ, 2013. – 216 с.Danilov V. F., Litvinenko A. N., Akhsanov M. M., Timerbaev R. M. (compilers). Oils, lubricants and special liquids. Elabuga, Publishing House of the Branch of K(P)FU, 2013. 216 p. (in Russian).Kissinger, H. E. Reaction kinetics in differential thermal analysis / H. E. Kissinger // Anal. Chem. – 1957. – Vol. 29, № 11. – P. 1702–1706. https://doi.org/10.1021/ac60131a045Kissinger H. E. Reaction kinetics in differential thermal analysis. Analytical Chemistry, 1957, vol. 29, no. 11, pp. 1702–1706. https://doi.org/10.1021/ac60131a045Akahira, T. Transactions of Joint Convention of Four Electrical Institutes, Paper № 246, 1969 Research Report Chiba Institute of Technology / T. Akahira, T. Sunose // J. Sci. Educ. Technol. – 1971. – Vol. 16. – P. 22–31.Akahira T., Sunose T. Transactions of Joint Convention of Four Electrical Institutes, Paper № 246, 1969 Research Report Chiba Institute of Technology. Journal of Science Education and Technology, 1971, vol. 16, pp. 22–31.Friedman, H. Kinetics of thermal degradation of char-forming plastics from thermogravimetry. Application to a phenolic plastic / H. Friedman // J. Polym. Sci., Part C. – 1964. – Vol. 6, iss. 1. – P. 183–195. https://doi.org/10.1002/polc.5070060121Friedman H. Kinetics of thermal degradation of char-forming plastics from thermogravimetry. Application to a phenolic plastic. Journal of Polymer Science Part C: Polymer Symposia, 1964, vol. 6, no. 1, pp. 183–195. https://doi.org/10.1002/polc.5070060121Flynn, J. H. A quick, direct method for determination of activation energy from thermogravimetric data / J. H. Flynn, L. A. Wall // Polym. Lett. – 1966. – Vol. 4, iss. 5. – P. 323–328. https://doi.org/10.1002/pol.1966.110040504Flynn J. H., Wall L. A. A quick, direct method for determination of activation energy from thermogravimetric data. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Letters, 1966, vol. 4, iss. 5, pp. 323–328. https://doi.org/10.1002/pol.1966.110040504Ozava, T. A new method of analyzing thermogravimetric data / T. Ozava // Bull. Chem. Soc. Jpn. – 1965. – Vol. 38, № 11. – P. 1881–1886. https://doi.org/10.1246/bcsj.38.1881Ozava T. A new method of analyzing thermogravimetric data. Bulletin of the Chemical Society of Japan, 1965, vol. 38, no. 11, pp. 1881–1886. https://doi.org/10.1246/bcsj.38.1881Coats, A. W. Kinetics parameters from thermogravimetric data / A. W. Coats, J. P. Redfern // Nature. – 1964. – Vol. 201, № 4914. – P. 68–69. https://doi.org/10.1038/201068a0Coats A. W., Redfern J. P. Kinetics parameters from thermogravimetric data. Nature, 1964, vol. 201, no. 4914, pp. 68–69. https://doi.org/10.1038/201068a0Criado, J. V. Kinetic ansalysis of DTA data from master curves / J. V. Criado // Thermochim. Acta. – 1978. – Vol. 24, № 1. – P. 186–189. https://doi.org/10.1016/0040-6031(78)85151-xCriado J. V. Kinetic analysis of DTA data from master curves. Thermochimica Acta, 1978, vol. 24, no. 1, pp. 186–189. https://doi.org/10.1016/0040-6031(78)85151-xAn innovate method of thermogravimetric data analysis / M. V. Malko [et al] // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 2021. – Т. 64, вып. 3. – С. 24–32. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216403.6348Malko M. V., Vasilevich S. V., Mitrofanov A. V., Mizonov V. E. An innovate method of thermogravimetric data analysis. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Khimiya i Khimicheskaya Tekhnologiya = ChemChemTech, 2021, vol. 64, iss. 3, pp. 24–32. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216403.6348Василевич, С. В. Определение энергии активации термической конверсии топлива на примере авиационного керосина / С. В. Василевич, М. В. Малько, Е. А. Шапорова // Авиац. вестн. – 2021. – № 4. – С. 8–14.Vasilevich S. V., Malko M. V., Shaporova E. A. Determination of the activation energy of thermal conversion of fuel on the example of aviation kerosene. Aviatsionnyi vestnik = Aviation Bulletin, 2021, no. 4, pp. 8–14 (in Russian).Formal kinetic approaches to the description of thermal decomposition of materials – problems of parameter identification and results interpretation: A brief review / A. V. Mitrofanov [et al.] // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 2022. – Т. 65, вып. 7. – С. 6–16. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20226507.6579Mitrofanov A. V., Mizonov V. E., Malko M. V., Vasilevich S. V., Zarubin Z. V. Formal kinetic approaches to the description of thermal decomposition of materials – problems of parameter identification and results interpretation: A brief review. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Khimiya i Khimicheskaya Tekhnologiya = ChemChemTech, 2022, vol. 65, iss. 7, pp. 6–16. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20226507.6579Vyazovkin, S. Model-free and Model-fitting Approaches to Kinetic Analysis of Isothermal and Nonisothermal Data. / S. Vyazovkin, Ch. A. Wight // Thermoch. Acta. – 1999. – Vol. 340–341. – P. 53–68. https://doi.org/10.1016/s0040-6031(99)00253-1Vyazovkin S., Wight Ch. A. Model-free and Model-fitting Approaches to Kinetic Analysis of Isothermal and Nonisothermal Data. Thermochimica Acta, 1999, vol. 340–341, pp. 53–68. https://doi.org/10.1016/s0040-6031(99)00253-1Han, Yu. Theoretical Study of Thermal Analysis Kinetics [Electronic Resource]: Theses and DissertationsMechanical Engineering Thesis / Yu. Han. – Lexington, Kentuki, USA, 2014. – Mode of access: https://core.ac.uk/download/pdf/232563059.pdf. – Date of access: 09.03.2023.Han Yu. Theoretical Study of Thermal Analysis Kinetics. Theses and Dissertations-Mechanical Engineering Thesis. Lexington, Kentuki, USA, 2014. Available at: https://core.ac.uk/download/pdf/232563059.pdfEbrahimi-Kahrizsangi, R. Evaluation of realibity of Coats-Redfern method for kinetic analysis of non-isothermal TGA / R. Ebrahimi-Kahrizsangi, M. H. Abbasi // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. – 2008. – Vol. 18, iss. 1. – P. 217–221. https://doi.org/10.1016/s1003-6326(08)60039-4Ebrahimi-Kahrizsangi R., Abbasi M.H. Evaluation of reality of Coats-Redfern method for kinetic analysis of non-isothermal TGA. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2008, vol. 18, iss. 1, pp. 217–221. https://doi.org/10.1016/s1003-6326(08)60039-4Козлов, А. Н. Кинетический анализ термохимической конверсии твердых топлив / А. Н. Козлов, Д. А. Свищев, Г. И. Худякова, А. Ф. Рыжков // Химия твердого топлива. – 2017. – № 4. – C. 12–21.Kozlov A. N., Svishchev D. A., Khudyakova G. I., Ryzhkov A. F. Kinetic analysis of thermochemical conversion of solid fuels. Himija tverdogo topliva = Chemistry of solid fuel, 2017, vol. 51, no. 4, pp. 205–213. https://doi.org/10.3103/s0361521917040061Pyrolysis kinetics for lacustrine and marine source rocks by programmed micropyrolysis / R. L. Braun [et al.] // Energy & Fuels. – 1991. – Vol. 5, iss. 5. – P. 192–204. https://doi.org/10.1021/ef00025a033Braun R. L., Burnham A. K., Reynolds J. G., Clarkson J. E. Pyrolysis kinetics for lacustrine and marine source rocks by programmed micropyrolysis. Energy & Fuels, 1991, vol. 5, iss. 5, pp. 192–204. https://doi.org/10.1021/ef00025a033

The authors declare that there are no conflicts of interest present.