Способ определения коэффициента диффузии в жидких средах

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет Государствеиицй комитет СССР по делам изобретеиий и открытийОпубликовано 1502.83. Бюллетень НобДата опубликования описания 1502;83 1531 УДК 533,15Грозненский орден нефтяной институт(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУВ ЖИДКИХ СРЕДАХ Изобретение относится к технике измерений постоянных массопереноса в жидких растворах и может быть использовано для измерения коэффици-. ентов диффузии примесей н жидких средах, обладающих значительной вязкостью в переохлажденном состоянии.Известен способ измерения коэф-. фициента диффузии в жидкости, зак-лючающийся в создании в столбе жидкости границы раздела:со скачкообразным изменением концентрации исследуемого вещества и измерении за" висимости электропроводности жидкости от времени в различных сечениях столба; по которой судят о распределении концентрации примеси вдоль столба. Коэффициент диффузии расчи" тывают иэ полученной зависимости . на основании второго закона Фика 13Однако данный способ позволяет измерять коэффициенты диффузии только в электропроводящих жидкостях.Наиболее близким к предлагаемому является способ определения коэффициентов диффузии в жидких средах, заключающийся в формировании столба жидкости с границей раздела из двух растворов с различным содержанием исследуемого вещества, выдерживании его при постоянной температуре в течение заданного промежутка времени и определении концентрации исследуемого вещества в жидкости на различных расстояниях от границы раздела. При этом зависимость концентрации от. расстояния определяют,. измеряя показатель преломления жидкости, а коэффициент диффузии определяют иэ полученной зависимости на основании второго закона Фика (21Недостатком известного способа является низкая точность измерения при малых концентрациях примеси, обусловленная незначительным изменением показателя преломления при небольших изменениях концентрации при меси,Цель изобретения - повыаЕниечувствительности определения,Поставленная цель достигаетсятем, что в способе, заключающемсяв формировании столба жидкости с гра 5 ницей раздела из двух растворов сразличным содержанием исследуемоговещества, выдерживании его при пос-тоянной температуре в течение заданного промежутка времени и опреО делении концентрации исследуемоговещества в жидкости на различныхрасстояниях от границы раздела, после выдержки столба жидкости при постоянной температуре производят охлаждение жидкости до переохлажденного состояния, вносят в нее затравкукристаллизации и измеряют скоростьперемещения кристаллического фронтана различных расстояниях от границыраздела, а концентрацию вещестнав различных точках столба жидкостиопределяют по зависимости скоростиперемещения кристаллического фронтаот расстояния до границы раздела,Скорость перемещения кристаллического фронта при неизменном переохлаждении жидкости однозначно связана с концентрацией раствореннойпримеси и существенно зависит от неедаже н области малых концентраций,На фиг.1 показана зависимостьскорости перемещения (Ч) кристаллического фронта тимола от концентрации (С) в нем воды 1 на фиг,2 - зависимость скорости Ч от расстояния(Х) до границы раздела тимол - водапосле выдержки жидкости при 60 С 25(кривая 1) и 90 (кривая 2),Способ осуществляют следующимобразом,В капилляре с жидкостью создаютрезкую границу с перепадом концентраций исследуемого вещества, заполняя, например, капилляр поочередножидкостями с различной концентрациейрастворенного вещества, Капилляр выдерживают при температуре пределения коэффициента диффузии в течениезаданного промежутка времени С,после чего раствор в капилляре охлажцают и на кончике иглы вносяткристаллическую затравку, например,путем касания иглой или изоморфнымкристаллическим веществом поверхности переохлажденного раствора.В капилляре после этого начинаетраспространяться кристаллическийфронт раствора со скоростью, изменяющейся н зависимости от расстояниядо границы раздела. Это изменениеобусловлено тем, что концентрациярастворенного вещества вблизи границыраздела максимальна и по мере удаления от нее постепенно уменьшается ипадает до нуля. Поэтому скоростьфронта определяют последовательнодля небольших участков длины капилляра, взятых на известном расстоянии от метки, которая соответствуетгранице раздела, где Х = О,Для определения скорости кристаллического фронта на указанных отрезках можно использовать секундомер 6 Ои линейку, а при очень малых скоростях фронта катетометр или бинокулярную лупу.Далее находят искомую концентрацию раствора на малых участках по 3" 10 мм, расположенных на известныхрасстояниях Х от границы раздела,используя градуировочные кривые занисимости скорости перемещения кристаллического фронта от концентрации,полученные в условиях, аналогичныхэксперименту.Коэффициент диффузии Р рассчитывают по формуле, которая следуетиз решения дифференциального уравнения второго закона Фина .Хф/йС (Х,")- С,-Л6 ал, 11с,-с,огде Со - начальная концентрация раствораа;С(Х, Г) - концентрация раствора нарасстоянии Х от границыраздела по истечении времениС г - концентрация растворяемоговещества на границе раздела;переменная интегрирования,Предложенным способом измеряюткоэффициент диффузии воды н тимолепри 60 и 90 С,При построении градуировочнойкривой (фиг. 1) тимол сначала обезвоживают кипячением при 230 С 15 мин,Затем в нем растворяют известноеколичестно воды и определяют скорость Ч распространения фронта кристаллической фазы н капилляре диаметром 1,7 мм при переохлаждении до30 С. Аналогично находят Ч и придругих концентрациях воды,Капилляр с резкой границей тимол - вода выдерживают 1,5 ч при выбранной температуре определения коэффициента диффузии. После переохлаждения раствора и ннесении в тимолкристаллической затравки определяютскорость Ч в зависимости от расстояния Х до границы раздела (фиг,2),С помощью градуироночной кривой определяют концентрацию С(Х,), покоторой на основании уравнения (1)и с учетом начальных и граничныхусловий (Со= О,С = 100), так кактимол не растворяется в воде) вычисляют коэффициент диффузии водыв тимоле, который равен 0,26 +О, 03. см /ч при 60 ОС и 0,34+0, 03 см /чпри 90 С,Предложенный способ имеет болееширокую область применения по сравнению с известным, который не позволяет зарегистрировать изменениеконцентрации воды при растворениив тимоле в количестнах, указанныхна фиг,1. Кроме того, вследствиеповышения чунствительности к изменению концентрации способ позволяетсократить время измерения коэффициента диффузии.,ул.Проектна Фиг.2 Филиалг.ужгор Способ определения коэффициента диффузии в жидких средах, заключающийся в формировании столба жидкости с границей раздела из двух растворов с различным соцержанием исследуемого вещества, выдерживании его при постоянной температуре в течение заданного промежутка времени и определении концентрации исследуемого вещества в жидкости на различных расстояниях от границы раздела, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности определения, после выдерживания столба жидкости при постоянной температуре жидкость охлаждают до переохлажденного состояния вносят в нее затравку кристаллизации и измеряют скорость перемещения кристаллическогофронта на различных расстоянияхот границы раздела, а концентрацию 5 вещества в различных точках столбажидкости определяют по зависимостискорости перемещения кристаллического фронта от расстояния до границыраздела.10 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР У 591752, кл, С 01 И 13/00, 1976,2. Робинсон Р., Стокс Р. Растворы электролитов. М., ИЛ, 1963, с.315323 (прототип).