Способ определения сорбции и устройство для его осуществления

СОКИ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК иЯО ш .ЛЛ 223(51)5 С 01 И 7/04 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМпРи Гннт сссР 1(71) Институт физической химии АН СССР(56) Авторское свидетельство СССР й 819625, клс 01 И 7/04, 1979, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОРБЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области экспериментального исследования Физи. ко-химических свойств газов, жидкостей и твердых тел и позволяет повы-, сить точность определения сорбции, Способ включает помещение флюидов в адсорбер и компенсирующий сосуд, изИзобретение относится к экспери" .,ментальному исследованию физико-химических свойств газов, жидкостей и твердых тел, в частности к лабораторной технологии и технике, и может. быть использовано для исследования сорбционных процессов в гетерогенных системах газ " жидкость, газ - твердое тело, жидкость - твердое тело, жидкость " твердое тело - газ.Цель изобретения " повышение точ-. ности определения сорбции.В адсорбер, содержащий исследуемый сорбент и компенсирующий сосуд, имеющие части с изменяемым объемом, помещают при одинаковом давлении исследуемый флюид, разница между помещаемыми количествами которого йщ (в 2 мерение температуры и давления флюида, измерение величины разности объемов флюидов при одинаковом давлении в адсорбере и компенсирующем сосуде. Устройство для определения сорбции включает адсорбер и компенсирующий сосуд, задатчик давления, дозировочные вентили, приспособление для определения количества сорбированного флюида, выполненного в виде вольтметров, соединенных между собой.и задатцик давления подсоединен к вольтметрам. Равенство давлений флюида в .адсорбере и компенсирующем сосуде, . величина которых устанавливается задатциком давления, позволяет произво-.дить измерения объема сорбированного флюида, 2 с,п. ф-лы, 1 ил. единицах массы) известна, Затем изме ряют температуру, давление флюида, а также разницу Йч объемов, занятых флюидом адсорбера и компенсирующего сосуда при одинаковом давлении в них.Температуру Т неизменяемых и равных между собой с учетом объема сорбента частей адсорбера и компенсирующего сосуда при необходимости устанавливают отличной от температуры Т изменяемых частей адсорбера и компенсирующего сосуда. Количество сорбированного флюида вычисляют по уравнениюа (р, Т) =Йжв(р, Т 1) -Йп, (1) где 0(р,Т) - реальная плотность флюида при давлении р итемпературе Т, выцис173 ленная по уравнениюсостояния флюида (например, для благородныхгазов1г(9, т)=1+",2 Ь, .-, 9,где . Е - сжимаемост ь;Ь;- константы данного газа;- приведенная температура) илипо табличным данным.Затем изменяют один из параметров сорбционного равновесия - температуру Т или давление р (при соблюдении условия одинаковости давлений Флюидов в адсорбере и компенсирующем сосуде) и снова проводят описанные операции для определения сорбции в этих новых условиях,На чертеже представлена схема устройства.Устройство для реализации способа включает помещенные в термостат 1 адсорбер 2 с конденсированным сорбентом (и жидким или твердым) и компенсирующий сосуд 3, внутренний объем которого равен внутреннему объему адсорбера без объема сорбента, кото-. рые сообщаются церез вентили 4 и 5 с системой напуска исследуемого Флюида и вакуумной установкой. Каждый адсорбер 2 и компенсирующий сосуд 3 сообщаются с одной стороной волюметров 6 и 7, другие стороны которых соединены между собой и через вентиль 8 сообщаются с задатциком 9 давления, в кацестве которого может ис" пользоваться, например, масляный плунжерный насос с электрицеским ма" . нометром, Для измерения теплот сорбционно-десорбционных процессов адсорбер 2 и компенсирующий сосуд 3 помещаются в калориметрицеские ячейки10 и 11. Измерения осуществляют следующим образом.Установку вакуумируют. Затем заполняют раздельно адсорбер 2 и ком" пенсирующий сосуд 3 одинаковым коли" цеством исследуемого флюида через вентили 4 и 5, после чего последние закрывают,Термостатом 1 устанавлива" ют необходимую температуру в адсор" бере 2. и компенсирующем сосуде 3 Термостатом 1 может служить любой активный термостат, например термостат. калориметра. Остальные части установки термостатируют либо при этой же 2233 4температуре либо при другой при помощи второго термостата.После открывания вентиля 0 задатчиком 9 давления устанавливают требуемое давление флюида в адсорбере 2и компенсирующем сосуде 3, воздействуя на него посредством техНологицеской среды задатцика через гибкие 1 О мембраны волюметров 6 и 7. Регистрируют по показаниям волюметров 6 и 7разницу величин объемов, связанныхс адсорбером 2 и компенсирующим сосудом 3Эта разница Дч, равная разнице между объемом флюида, находящегося вне сорбента в адсорбере 2,иобъемом флюида, находящегося в компенсирующем сосуде, определяет величину сорбции (так как начальные ко- О лицества флюида одинаковы)а(р, т)=Дч 1(р, ти), (2)где (р,Т) - плотность флюида придавлении р и темпера туре флюида Т в волюметрах 6 и 7.Одновременно с измерением сорбционных функций (1) проводится измерение тепловых эффектов сопровож" 3 О.дающих сорбционные процессы при заданном изменении параметров сорбционного равновесия, Например, при изменении р на некоторую величину др,колицество сорбированного веществаа изменяется на величину да.и выде" 35 ляется теплота Щ этого процесса,измеренная при помощи калориметра,цто позволяет определить, например,дифференциальную теплоту сорбции1 а= -М:Йа ф(3) важную энергетицескую характеристикусорбционных процессов в гетерогенных системах.45Равенство давлений флюида в адсорбере 2 и компенсирующем сосуде 3,обеспечиваемое применением волюметров 6 и 7, соответствующие стороны И которых соединены,. позволяет проводить .корректные измерения количества сорбированного флюида и теплотсорбционных процессов, так как приэтом процессы сжатия или расширения 55 флюида, находящегося вне сорбента вадсорбере 2, и флюида, находящегосяв компенсирующем сосуде 3, совершенно идентичны. Поэтому теплоты этихпроцессов, происходящих во флюиде,5 1/ равны. Калориметр регистрирует поэто му при работе по дифференциальной схеме количество теплоты, связанной только с процессом сорбции. Теплота сжатия или расширения флюида может превышать по абсолютной величине теплоту собственно сорбционного процесса.Точность измерений этим способом зависит только от классов точности волюметров, датчиков давления, температуры, калориметра и вторичных приборов.Предлагаемый способ и устройство реализованы на адсорбционно-калориметрической установке высокого давления, созданной в лаборатории равновесной адсорбции. Сорбционные системы могут быть исследованы на этой установке в интервалах температур 300- 500 К давлений 0-30 ИПа.В качестве примера исследуют системы вода " гидрофобный мезопористый сополимер дивинилбензола и стирола.В одинаковые ампулы адсорбера и компенсирующего сосуда помещают соответственно образец полимера массой 0,4518 г и инертный макет с объемом, равным объему образца полимера. Затем адсорбер, компенсирующий сосуд и присоединенные к ним измерители объема вакуумируются в течение 8 ч при комнатной температуре. Ампулы сосудов помещают в дифференциальный калориметр, служивший для них и теростатом. Измерители объема находятя в другом термостате. Из заготовительной части установки в адсорбер и компенсирующий сосуд подают трижды дистиллированную воду через вентили, которые затем запираются. Задатчиком давления, роль которого выполняет грузопоршневой манометр, создается в сосудах через измерители объема давление 6,0 ИПа . При,таком .давлении сорбции воды в порах полимера еще не происходит, так как давле.ние в гетерогенной системе меньше, чем давление Лапласа, определяемое максимальным размером пор. В таком состоянии при помощи измерителей32233 6 объема определяют разностьбъемовЙч, а затем вычисляют поправкуразницу количеств воды 1 п 1, помещенной в оба сосуда: дв=дч, , гдеплотность воды при Т ,55 ОС (температура во втором термостате), р==6,0 ИПа (дтп=0,8978 г), После этогодавление увеличивается на некоторуювеличину (0,1 ИПа), и после паузы,необходимой для установления сорбционного равновесия, производитсяотсчет показаний измерителей объемаи задатчика давления. Таким образом,давление повышается до 8,6 ИПа,Во время перехода в новое сорбционное состояние калориметр регистрирует сигнал, .пропорциональный выделяющейся теплоте сорбции. По форму ле (1) для всех состояний сорбционного равновесия рассчитывается величина сорбции. 40 сорбции, включающее адсорбер и ком 50 датчик давления подсоединен к волю- метрам. 25 30 35 Формула изобретения 1. Способ определения сорбции,включающий заполнение флюидом адсорбера и компенсирующего сосуда пододинаковым давлением, измерение температуры идавления флюида, опреде"ление количества сорбированного флюида, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности,определение количества сорбированного флюида ведут путем измерения разности объемов флюидов при одинаковом давлении в адсорбере и компенси"рующем сосуде,2. Устройство для определения пенсирующий сосуд, задатчик давления,вентили, приспособление для измерения количества сорбированного Флюида,подсоединенное к сосудам, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, приспособлениедля измерения количества сорбированного флюида выполнено в виде волюметров, соединенных между собой, а за1732233 СоставительТехред Л.опий Куба соьпЮ ЮВ ЗВ Ю ФВ Ю Ф е е е в е е ее п эТираанного комитета ао и3035, Москва, Ж,бретенинм аушская н и Ж.Патент, г. Умгород, э Гагарина комбина Редактор О.Головачффф 1 йфЬ еавеЗаказ 1578