Исследование кинетики термической конверсии авиационных масел в неизотермических условиях

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.

1. Авиация: энциклопедия / гл. ред. Г. П. Свищев. – М.: Большая Рос. Энцикл., 1994. – 735 с.

2. Коняев, Е. А. Химмототология авиационных масел и гидравлических жидкостей / Е. А. Коняев, М. Л. Немчиков. – М.: МГТУ ГА, 2008. – 81 с.

3. 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.

4. Масла, смазки и специальные жидкости / сост.: В. Ф. Данилов [и др.]. – Елабуга: Изд-во фил. К(П)ФУ, 2013. – 216 с.

5. 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/ac60131a045

6. Akahira, 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.

7. 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.5070060121

8. Flynn, 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.1966.110040504

9. Ozava, 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.38.1881

10. Coats, A. W. Kinetics parameters from thermogravimetric data / A. W. Coats, J. P. Redfern // Nature. – 1964. – Vol. 201, № 4914. – P. 68–69. https://doi.org/10.1038/201068a0

11. Criado, 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-x

12. An 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.20216403.6348

13. Василевич, 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.

14. 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.20226507.6579

15. Vyazovkin, 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)00253-1

16. Han, 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.

17. Ebrahimi-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)60039-4

18. Козлов, 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.

19. Pyrolysis 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/ef00025a033