SU1158901A1 - Устройство дл измерени коэффициента диффузии газа в жидкости - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФадЩИЕНТА ДИФФУЗИИ ГАЗА В ЖИДКОСТИ , содержащее диффузионную  чейку, соединенную с системой заполнени  ее исследуемым газом и жидкостью, и газовую камеру, отличающее с   тем, что, с целью повышени  надежности измерений путем упрощени  конструкции, диффузионна   чейка выполнена в виде U -обт разной трубки, один конец которой заглушен, а другой соединен jc газовой камерой. (О с:

Description

Изобретение относитс  к исследованию химическихи физических свойств веществ, например диффузионных, в частности к исследованию  влений мае сопереноса, и может быть использовано в технологических разработках с применением газожидкостных сред. Известно устройство дл  определени  коэффициентов диффузии путем непосредственного измерени  кон1(ентраций заданного компонента в фик™ сированных точках. В устройствах подобного рода осуществл ют осмотр проб и провод т их количественный химический анализ либо фиксируют измерени  какой-либо характеристики вещества, завис щей от концентрации Нздостатком указанного устройства  вл етс  трудоемкость процесса измерений и анализа результатов. Кроме того, отбор проб из жидкости дл  химических исследований вносит возмущени , способные отразитьс  на чистоте диффузионных экспериментов. Измерение же характеристик жидкости завис 1дих от концентрации исследуемого компонента требует дополнител ных исследований,, устанавливающих такие закономерности. Известно устройство дл  определени  параметров переноса растворен ного газа в жидкост х по измерению газопроницаемости газожидкостных систем, содержащее измерительную ка меру, разбитую на три полости. Верх н   и средн   полости разделены упру гой непроницаемой мембраной, котора   вл етс  измерительным элементом, фиксирующим перепад давлений между ними. Средн   и нижн   но лести отделены мембраной с известной газопроница еМостью, котора  покрываетс  слоем испытуемой жидкости. Нижн   часть ка меры вакуумируетс , а две других saполн ютс  исследуемым газом. Скорост диффузионной перекачки и соответству к цие параметры переноса определ ютс  путем измерений прогиба упругого эле мента и нарастани  давлени  в нижней полости. Измерени  провод т в интервале времени, когда процесс идет нестационарно 2 . Недостатком данного устройства  вл етс  то, что процесс массопереноса . осуществл етс  нестационарно и прс исходит в тройной системе газжидкость-твердое тело. При нестационарнь х режимах перекачки тесно 01,2 переплетены объемна  кинетика, определ юща диффузию, и гранична  кинетика , ответственна  за растворимость, и их трудно надежно разделить. Дл  этого необходима достаточно сложна  теоретическа  интерпретаци  неравновесных процессов переноса Б тройных системах. Стационарное же течение процес са, которое достаточно надежно просчитываетс , в отмеченном устройстве -невозможно. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  коэффициента диффузии газа в жидкости , содержащее диффузионную  чейку, соединенную с системой заполнени  ее исследуемым газом и жидкостью, И газовую камеру. Диффузионна   чейка представл ет собой две газовые камеры, пространство между которыми заполн етс  испытуемой жидкостью. Тазовые камеры отделены от жидкости полимерными мембранами и уплотнительными элементами . Верхн   камера к баллону с исследуемым газом, а нижн   сообщаетс  с хроматографом 3}. Недостатками указанного устройства  вл ютс  наличие дополнительных мембран , а также сложность и ненадежность конструкции диффузионной  чейки из-за присутстви  лищних уплотнительных элементов на границах раздела . Цель изобретени  - повьшение надежности измерений путем упрощени  конструкции. . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  измерени  коэффициента диффузии газа в жидкости, содержащем диффузионную  чейку, соединенную с системой заполнени  ее исследуемым газоми жидкостью,и газовую камеру , диффузионна   чейка выполнена в виде U-образной трубки., один конец которой заглушен, а другой соединен с газовой камерой. I . На фиг.1 показана Схема устройства дл  измерени  коэффициента диффузии; на фиг.2 - диффузионна   чейка. Предлагаемое устройство дл  измерени  коэффициента диффузии газа в жидкости состоит из диффузионной  чейки I, выполненной в виде двух трубок 2 и 3, сообщающихс  между собой наклонным каналом 4. На фиг.2 приведены следующие обозначени  высоты уровн  жидкости в трубке 2: исходное значение уровн  жидкости в  чейке 1; 1i()- выс та газовой полости в трубке 2; Н заданньп уровень жидкости, до которого заполн етс  диффузионна   чей ка 1 . Трубки 2 и 3 могут быть установл ны на разном уровне, свободный коне трубки 3 герметично подсоединен с помощью ошанга 5 к выходному патруб 6 газовой камеры 7, котора  может быть заполнена исследуемым или инер ным в отношении растворени  газом. Камера 7 снабжена замкнутой систе мой 8 прокачки с компрессором 9, си тема 8 прокачки обеспечивает поток газа над поверхностью жидкости при открытом (положении А) клапане 10, закрытом СОСТОЯНИЙ клапан 10 (положение В герметизирует камеру 7 в нерабочем состо нии. Камера 7 и вых ной патрубок б имеют вейти и И   1 сброса соответственно. При необходи мости через вентиль 11 осуществл ет с  отбор проб газа. Диффузионна   чейка 1 посредством герметичного ввода 13 подключена к системе 14 заполнени . Система - 14 заполнени  снабжена вентил ми 15 (дл  откачки вакуума), 16 (дл  подачи газа)и 17 (дл  подачи жидкости). В диффузионной  чейке 1 размещены датчики I8 уровн  жидкости, сигнал с которых фиксируетс  соответствующей системо . Измерени  осуществл ютс  спедующи образом, В трубке 2 (замкнутом сосуде) фо мируетс  исследуема  газова  полост а Втора  трубка заполн етс  исследу мой жидкостью до заданного уровн  Н (фиг,2) и герметично присоедин етс  к камере 7 с исследуемым или инертным в отношении растворени  газом. В первом случае диффузионна  перекачка осуществл етс  за счет перепада давлений, обусловленного весом столба жидкости Н. Во втором случае перекачка вызвана и непосредственным перепадом концентрадай, при чем в этом случае камера 7 дополнительно снабжена замкнутой системой 8 прокачки, обеспечивающей слабую т гу над внешней поверхностью жид- .кости и обновл ющей поверхностный газовый слой. Скорость диффузионной перекачки фиксируетс  по изменению высотыh(t) газовой-полости при ее растворении. Устройство работает следующим образом. При закрытом клапане 10 (положение в вакуумируют диффузионную  чейку 1. Контроль давлений в ней осуществл етс  манометра-чи, подкйоченными к вентилю 12 сброса. После создани  вакуума в диффузионной  чейке 1 перекрьшают вентиль 15 и заполн 1бт ее исследуемым газом, который через вентиль 16 поступает иэ соответ-ствующего баллона со сжатым газом. При достижении давлени  в  чейке 1 уровн , равного да)алению газа в камере 7, перекрывают вентиль 16 прекраща  тем самь1К подачу газа в  чейку 1, и открьшают вентиль 17, через который осуществл етс  подача жидкости в диффузионную  чейку I. С момента формировани  замкнутой газовой полости, который фиксируетс  визуально, открывают вентиль 12 сброса и полностью заполн пот  чейку 1 жидкостью. Затем перекрывают вентиль 12 и открывают клапан 10, вентй.пь 17 при этом все еще открыт. При достижении жидкостью уровн  горловины патрубка 6 вентиль 17 закрывают, прекраща  подачу жидкости в  чейку 1. Таким образом, устройство готово к проведению измерений . По показани м датчиков 18 уровн  сигнал с которых фиксируетс  систе мой 19 измерений, определ ют исходное значение уровн  жидкости Ьд в диффузионной  чейке I. Если диффузионна   чейка 1 выполнена из прозрачных трубок, на одной из которых (трубка 2) нанесена измерительна  шкала, то уровень жидкости измер ют визуально по упом нутой измерительной шкале. После замера исходного значени  уровн  жидкости lo начинают вести отсчет времени, фиксиру  изменение высоты газовой полости 1i(t). При заполнении газовой камеры инертным газом включают компрессор 9. Последующие измерени  свод тс  фиксации текущего значени  высоты п (i) замкнутой газовой полости. Коэффициент диффузии D определ ют о скорости V стационарной переачки газа, определ емой при уело-. 1Ш, ЧТ.О (, линейно измен етс  с течением времени t соотношением

б, .

const,

(I)

At

йН где

изменение высоты замкнутой газовой полости в течение времени ut , м; t- период времени, в течение которого производ т измерени , с;

Изменение высоты д:Ь определ етс  как разница между высотой уровн  газовой полости h(t) и высотой уровн  жидкости hgfth ahit) -Нд. В случае , если газова  камера 7 заполн еТс  инертным в отношении растворени  газом, коэффициент диффузии О определ етс  соатношением

t-v

(2)

D

де V i определ етс  выражением СП, б, - средн   длина сло  жидкое-. ти (фиг.2) в диффузионной  чейка 2, м;

б. - коэффициент, характеризующий равновесную растворимость данного газа в жидкости , равный 1

IlPMfeti

(3) PoftH

где i ipoigir равновесна  концентраци 

растворенного газа в жидкости при заданных внешних услови х,

рае-н соответствующа  концентраци  молекул в газовой фазе, 1/м. Концентраци  и, p, .и п заданы числом молекул газа в единице объема, В случае, когда камера 7 заполнена

исследуемым газом, коэффициент диффузии D определ етс  по формуле

D (U.,

(А) осгн ) bt

egl

давление газа в камере и/м

где Р р - плотность жидкости, S - ускорение силы т жести, м/с Предпагаемое устройство может быт использовано также дл  измерени  параметров , характеризующих кинетику растворени  в нестандартных услови х , при наличии четкого теоретического анализа.

Предлагаемое устройство дл  измерени  козф отциента диффузии газа в жидкости по сравнению с базовым объектом повышает надежность и точность измерений за счет упрощени  конструкции диффузионной  чейки, поскольку отпадает необходимость устанавливать дополнительиые мембраны , удерживающие слой жидкости, а это исключает цикл по определению газопроницаемости мембран, атакже герметичность системы за счет отсутстви  уплотнитёльных элементов, фиксирующих мембраны. В целом это приводит к улучшению чистоты диффузионных опытов.

При использовании высокопрочиых и оптически прозрачных материалов при изготовлении диффузионной  чейки устройство может быть использовано дл  измерений в широком диапазоне давленш (пор дка сотен атмосфер) ,

Предлагаемое устройство целесообразно использовать в контрольно-измерительной аппаратуре технологических процессов в двухфазных газожидкостных средах. I }ism &«/«.; , /ffccffeff. Жидкость 1 I 4«

1

ut.2

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ ГАЗА В ЖИДКОСТИ, содержащее диффузионную ячейку, соединенную с системой заполнения ее исследуемым газом и жидкостью, и газовую камеру, отличающ е е 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 с газовой камерой.

   |с

   1 1158901. 2