Устройство для измерения коэффициента диффузии газа в жидкости

Устройство для измерения коэффициента диффузии газа в жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФадЩИЕНТА ДИФФУЗИИ ГАЗА В ЖИДКОСТИ , содержащее диффузионную ячейку, соединенную с системой заполнения ее исследуемым газом и жидкостью, и газовую камеру, отличающее с я тем, что, с целью повышения надежности измерений путем упрощения конструкции, диффузионная ячейка выполнена в виде U -обт разной трубки, один конец которой заглушен, а другой соединен jc газовой камерой. (О с:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУЬЛИК (!9) (13) А ф(я) С Ol N 13 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ .СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ19

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3477807/18-25

22) 02.08.82

46) 30.05.85. Бюл. 11 20

72) В.В.Первушин, Л;Г.Вольшинскнй, Л.А.Куницын и В.В.Беэьяэычный (7l) Специальное конструкторско-технологическое бюро Донецкого физико- технического института АН УССР (53) 535.15(088.8) (56) 1.Гегузин Я.F.. Диффузионная эона. И., "Наука", 1979, с.45, 2.Авторское свидетельство СССР.

Ф 721706, кл.G 01 и 13/00, 1.978 .

З.Авторское свидетельство СССР

У 759914, кл.G 01 и 13/00, 1978 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ

КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ ГАЗА В ЖИДКОСТИ, содершащее диффузионную ячейку, соединенную с системой заполнения ее исследуемым газом и жидкостью, и газовую камеру, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения надешности измерений путем упрощения конструкции, диффузионная ячейка выполнена в виде U --об-, разной трубки, один конец которой заглушен, а другой соединен с газовой камерой.

1158901

Изобретение относится к.исследованию химических и физических свойств веществ, например диффузионных, в частности к исследованию явлений мас. сопереноса, и может быть использовано в технологических разработках с применением гаэожидкостных сред.

Известно устройство для определения коэффициентов диффузии путем непосредственного измерения концен- 10 трации заданного компонента в фиксированных точках, В устройствах подобного рода осуществляют осмотр проб и проводят их количественный химический анализ либо фиксируют 1З измерения какой-либо характеристики вещества, зависящей от концентрации(1).

Н достатком указанного устройства является трудоемкость процесса измерений и анализа результатов. 20

Кроме того, отбор проб из жидкости для химических исследований вносит возмущения, способные отразиться на чистоте диффузионных экспериментов.

Измерение же характеристик жидкости, 25 зависящих от концентрации исследуемого компонента, требует дополнительных исследований,. устанавливающих такие закономерности.

Известно устройство для определения параметров переноса растворен» ного газа в жидкостях по измерению газопроницаемости гаэожидкостных систем, содержащее измерительную камеру, разбитую на три полости. Верх няя и средняя полости разделены упругой непроницаемой мембраной, которая является измерительным элементом, фиксирующим перепад давлений между ними.Средняя инижняя полостиотделе — 40 ны мембраной с известной газопроница емостью, которая покрывается слоем испытуемой жидкости. Нижняя часть ка меры вакуумируется, а две других заполняются исслЕдуемым газом. Скорость41 диффузионной перекачки и соответствующие параметры переноса определяются путем измерений прогиба упругого элемента и нарастания давления в нижней полости. Измерения проводят в интервале времени когда процесс идет нестацнонарно t» .

Недостатком данного устройства является то, что процесс массопереноса. осуществляется нестационарно и 55 прс исходит в тройной системе гаэжидкость-твердое тело. При нестационарных режимах перекачки тесно

2 переплетены объемная кинетика, определяющая диффузию, и граничная кинетика, ответственная за растворимость, и их трудно надежно разделить. Для этого необходима достаточно сложная теоретическая интерпретация неравновесных процессов переноса r, тройных системах. Стационарное же течение процесса, которое достаточно надежно просчитывается, в отмеченном устройстве -невозможно.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения коэффициента диффузии газа s жидкости, содержащее диффузионную ячейку, соединенную с системой заполнения ее нсследу .дым газом и жидкостью, и газовую камеру.

Диффузионная ячейка. представляет собой две газовые камеры, пространство между которыми заполняется испытуемой жидкостью.;Газовые камеры отделены от жидкости полимерными мембранами и уплотнительными элементами. Верхняя камера к баллону с исследуемым газом, а нижняя сообщается с хроматографом 13) .

Недостатками указанного устройства являются наличие дополнительных мембран, .а также сложность и ненадежность конструкции диффузионной ячейки из-за присутствия лишних уплотнительных элементов на границах раздела.

Цель изобретения — повышение надежности измерений путем упрощения конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения коэффициента. диффузии газа .в жидкости, содержащем диффуэионнуюячейку,соединенную с системой заполнения ее исследуемым газом и жидкостью,и газовую камеру,диффузионная ячейка выполнена в виде О-образной трубки, один конец которой заглушен, а другой соединен с газовой камерой.

Ка фиг.1 показана схема устройства для измерения коэффициента диффузии; на фиг.2 — диффузионная ячейка.

Предлагаемое устройство для измерения коэффициента диффузии газа в жидкости состоит из диффузионной ячейки 1, выполненной в виде двух трубок 2 и 3, сообщающихся между собой наклонным каналом 4.

На фиг,2 приведены следующие обозначения высоты уровня жидкости в

3 1158901 ф трубке 2: †. исходное значение высоты !() газовой. полости при уровня жидкости в ячейке l; Ь(!}- высо- ее растворении, та газовой полости в трубке 2; Н— Устройство работает следующим

sapанный уровень жидкости, до кото- образом. рого заполняется диффузионная ячей- При закрытом клапане 10 (положека 1. ние B) вакуумируют диФфузионную ячей-.

Трубки 2 и 3 могут быть установле- ку !. Контроль давлений в ней осуны на разном уровне, свободный конец ществляется манометрами, подкйочентрубки 3 герметично подсоединен с ными к вентилю 12 сброса. После соэпомощью шланга 5 к выходному патрубку 10 дания вакуума в диффузионной ячейке

6 газовой камеры 7, которая может 1 перекрывают вентиль 15 и заполняют быть заполнена исследуемым или инерт- ее исследуемым газом, который ченым в отношении растворения газом. рез вентиль 16 поступает иэ соответКамера- 7 снабжена замкнутой систе- ствующего баллона со сжатым газом. мой 8 прокачки с компрессором 9, -сис- lg При достижении давления в ячейке 1 тема 8 прокачки обеспечивает поток уровня, равного дарлению газа в кагаза над поверхностью жидкости при мере 7, перекрывают вентиль 16; преоткрытом (положеиии А) клапане 10. В : кращая тем самым подачу rasa в закрытом состоянии клапан 10 (поло- ячейку l, и открывают вентиль 17> жение В 1 герметиэирует камеру 7 в 2п через который осуществляется нерабочем состоянии. Камера 7 н выход- подача жидкости в диффузионную ной патрубок б имеют вентили 11 и 12 ячейку !. С момента формирования сброса соответственно. При необходи- замкнутой газовой полости кот рый мости через вентиль ll осуществляет- фиксируется визуально, открывают ся отбор проб газа. Диффузионная д вентиль 12 сброса и полностью заячейка l посредством герметичного полняют ячейку 1 жидкостью. Затем ввода 13 подключена к системе 14 перекрывают вентиль 12 и открывают заполнения. Система - 14 10, вентиль 17 при этом все снабжена вентилями !5 (для откачки еще открыт. При достижении жидкостью вакуума), 16 (для подачи газа)и 17 >О уровня горловины патрубка 6 вентиль (для подачи жидкости). В диффузион- l7 закрывают, прекращая подачу жидной ячейке 1 размещены датчики !8 кости в ячейку !. Таким образом, уровня жидкости, сигнал с которых устройство готово к проведению иэфиксируется соответствующей системой мерений.

19.

По показаниям датчиков 18 уровня сигнал с которых фиксируется систе

Измерения осуществляются следующим мой 19 измерени" образом, ин, определяют исходное значение уровня жидкости h в о

В трубке 2 (замкнутом сосуде Фордиффузионной ячейке 1. Если и

Если диффумируется исследуемая газовая полость, ® эионная ячейка 1 выполнена из полнена из проза вторая трубка заполняется исследуерачных трубок на о ной из кот мой жидкостью до заданного уровня Н (трубка 2) нанесена изме итель (фиг,2) и герметично присоединяется ви „ п шкала, то уровень ж кости к камере 7 с исследуемым или инертным в отношении растворения газом, 5 аче ной шкале. После заме а амера исходного

В первом случае диффузионная переэначения уровня жидкости о начинакачка осуществляется за счет переют вести отсчет времени, фиксируя пада давлении, обУсловленного весом П и т пере- „изменение высоты га азовой полости столба жидкости Н. Во втором слуQ(t). При заполнении газовой камеры чае перекачка вызвана и непосредстоследующие измерения сводятся к фиксации текущего значения высоты тельно снабжена замкнутой системой („, ну ой полости.

8 прокачки, обеспечивающей слабую Коэффициент диффузии Q определяют тягу над внешней поверхностью жид- N по скоро ти М стационарной пере.кости и обновляющей поверхностный качки газа, определяемой при усло-. газовый слой. Скорость диффузионной вии, что !(1линейно изменяется с перекачки фиксируется по изменению течением времени (,, соотношением

1158901

V = — = conSt., (1)

5 Q ю1 где Ю Г- изменение высоты замкнутой

1 газовой полости в течение времени bt м;

И- период времени, в течение которого производят измерения, с;

Изменение высоты й:.h определяется как разница между высотой уровня газовой полости h(t) и высотой уровня жидкости Ь.М -"h(t) -h . В случае, если газовая камера 7 заполняется инертным в отношении растворения газом, коэффициент диффузии О определяется соотношением

1 V () (2) где V .определяется выражением О), 11. — средняя длина слоя жидкос-. ти (фиг. 2) в диффузионной ячейка 2, м; ь(- коэффициент, характеризующий равновесную растворимость данного газа в жидкости PaBHbIA

"к рею

4 Р«В44 где п,„ — равновесная концентрация: р«вк растворенного газа в жидкости при заданных внешних условиях, 1/м ; — соответствующая концентрация

4 Р«ВК молекул в газовой фазе, 1/м

Концентрация и„ „ я и и „заданы числом молекул газа в едйнице Объема

В случае, когда камера 7 заполнена исследуемым газом, коэффициент диф-. фузии Э определяется по формуле р (1 4 д) к 1 (4)

Ф где p — давление rasa в камере, н/и 3

p — плотность жидкости, кгlмв;

I и ускорение силы тяжести, и/с.

Предлагаемое устройство может бить

10 использовано также для измерения параметров, характеризующих кинетику растворения в нестандартных условиях, при,наличии четкого теоретического анализа.

15 Предлагаемое устройство для измерения коэффициента диффузии газа в жидкости по сравнению с базовым объектом повышает надежность и точность измерений за счет упрощения

20 конструкции диффузионной ячейки, поскольку отпадает необходимость устанавливать дополнительные мембраны, удерживающие слой жидкости, а это исключает цикл по определению

И газопроницаемости мембран, а также герметичность системы-за счет отсутствия уплотнительных элементов, фиксирующих мембраны. В целом это приводит к улучшению чистоты диффуЗИОННЫХ ОПЫТОВе

При использований высокопрочных и оптически прозрачных материалов при изготовлении диффузионной ячейки устройство может быть использовано для измерений в широком диапазоне давлений (порядка сотен атмосфер) .

Предлагаемое устройство целесообразно использовать в контрольно-из-. мерительной аппаратуре технологических процессов в двухфазных гаэожид40 костных средах.

1 I 58901

-8

АР иг!

XNmb ! .

|i589n>

Редактор N.Ковач

Заказ 3578/43 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,Москва,Ж-35,Раушская наб.,д.4/5

Филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная,4

/! !

) !

Ь

I — 1

1 ! !

I

1

I

1 !

lp

Составитель А. Кощеев

Техред С.Легеза Корректор Л.Пилипенко.