Способ определения эффективного коэффициента диффузии

и,652473 Своз Советсва Соцналнстицескни Республнк. КлЯ 01 2070536/18-. 2 5/О Гвсудврствеииый иеетет СССР ии дилан зибиити и итирой, Л. Резник 1) Заявител 54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГ КОЭФФИИИЕНТА ДИФФУЗИИ исают пос ой влаж аем ости ости по- образцом. так как 22) Заявлено 24,10.74 присоединением, заявк3) Приоритет Изобретение относится к области следования физических и химических свойств веществ, точнее структурных свойств пористых образцов, и может быть использовано в лабораторных условиях для определения эффективного коэффициента диффузии пара через пористый образец.Эффективный коэффициент диффузии пара через пористый образец можно определить по паропроницаемости, если при переносе пара через испытуемый образец устранены конвективные потоки, возникающие под действием механических и термических причин.Известен способ 1) измерения проницаемости водяного пара, заключающийся в том, что пар пропускают через горизонтально расположенный образец, причем относительная влажность в камере под орразцом выше, чем в камере над образцом. При этом исполь- зуются специальные средства для измерения и регулирования относительной влажности в указанных камерах и измерения времени, требуемого для того,чтобы относительная влажность, в верней камере увеличилась на заданнуювеличину.Недостатком этого способа являетсяего сложность, обусловленная необходимостью создания регулируемого потока воздуха и наличием специальныхсредств для измерения и регулированиявлажности,В другом известном способе определения коэффициента паропроницаемости2, с одной стороны образца создают постоянную влажность воздуха, анад другой поверхностью создтоянный поток воздуха с заданнностью. Коэффициент паропроницопределяют по изменению влажнтока воздуха, прошедшего надЭтот способ также сложен,требует специального оборудования длясоздания постоянного потока воздуха сзаданной влажностью и средств для иэьс более высокой плотностью, чем плотность жидкости, расположенной снизу,Применение в качестве паропоглошаюшей сред:ы жидкости с упругостью паре 5 меньшей, чем у парообразуюшей жидкости, позволяет значительно упростить предлагаемый способ, посколькуобеспечиваются изотермические условияопыта, при этом отпадает необходи мость в системе обеспечения постоянного потока воздуха с заданной влажностью или в системе термостатироввния.Наличие непосредственного контакта 1 Ю поверхностей образца с двумя жидкостями (парообразуюшей и паропоглощаюшей), несмачиввюшими его, локализуетпроцесс переноса пара внутри пористогообразца. Это обеспечивает. исключитель но диффузионный характер массопереноса и исключает погрешности, обусловленные конвективным переносом. Отсутствие конвективных потоков позволяет нв основании измеренной скорости 2 переноса пара рассчитать эффективныйкоэффициент диффузии пара через пористый образец. Кроме того, сокращениепути переноса пара способствует ускорению измерения и повышению точности. ЗО Расположение жидкости с большейплотностью на поверхности образцаобеспечивает стационарные условия диффузии, т.е, постоянство градиента концентрации, за счет непрерывного самопроизвольного перемешивания, вызываемого внутренними конвективными потоками. При этом оказывается безразличф ным расположение вверху или внизу парообрвзующей и паропоглошающей жидкостей (при обязательном расположении наверху образца более плотной жидкости). При помещении снизу паропоглощвющей жидкости жидкость, проникающая сверху через образец в виде пара,имеет большую плотность и за счетвнутренних конвективных потоков самопроизвольно перемешивается. При расположении паропоглошвюшей жидкости . сверху образца также происходит самопроизвольное ее перемешивание зв счетвнутренних конвективных потоков, возникающих при переносе менее плотнойжидкости через образец. Это перемешиввние может быть интенсифицировано зв счет принудителього перемешивания, например, с помощью магнитной мешалки. 652473мерения изменения влажности воздушного потока,Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является способ 3), заключающийся в том, чтоарообразуюшую среду в виде жидкостиотделяют от паропоглошающей среды горизонтально расположенным исследуемым пористым образцом с лиофобнымиповерхностями, заполненным инертнымйо отношению к обейм средам газом,измеряют скорость диффузионного потокапара через образец, по которой рассчитывают искомый коэффициент.При реализации этого способа необходимо создать и поддерживать разныетемпературные уровни с обеих сторонобразца, применять специальные сосудыдля конденсации нара, обеспечить систему циркуляции охлаждающей жидкости,Кроме тогоналичие свободного воздушйого"пространства и градиента температур между испытуемым образцом и сосудами, в которых конденсируется пар,обуславливает наличие конвективныхпотоков, интенсивность которых зависитот геометрии этого пространства и температурного градиента, Таким образом,величина паропроницаемости, измереннаяуказанным способом, будет определяться не только структурой - образца, нои конкретными условиями измерения,Целью изобретения является повышение точности, ускорение процесса определения эффективности коэффициента диффузии пара через пористый образец.Цель достигается тем, что по предлвгаемому способу в качестве паропоглощающей среды используют жидкость с упругостью пара, меньшей, чем у парообразующей жидкости, жидкости приводят вконтакт с образцом, а в качестве жидкости, расположенной на верхней поверхностиобразца, используют жидкость с плотностью большей, чем плотность жидкости, расположенной снизу образца.Измеряют скорость диффузионногопотока пара через образец и по ней рас.считывают эффективный коэффициентдиффузии пара.Отличительными признаками способаявляется использование в качестве пвропоглошвющей среды жидкости с меньшейупругостью пара, чем у парообраэую-.щей жидкости, отсутствие зазора между 55указанными жидкостями и образцом, атакже использование жидкости, расположенной на верхней поверхности образца,Выполнение способа иллюстрируется следующим примером.Определяют эффективный коэффициент диффузии водяного пара через пористую пластину из политетрафторэтилена, Пористую пластину (пористость"30%) диаметром РО мм и толщиной 0,67 мм зажимают между двумя вертикально расположенными цилиндрическими стаканами. Уплотнение по периметру пластины осуществляют с помощью резиновых прокладок, Открывая поверхность 19 смЯ. Нижний стакан запол няют дистиллированной водой таким об разом, чтобы между поверхностью воды и диафрагмой не было воздушного зазора. Нижний стакан сообщается с мерной бюреткой. В верхний стакан на поверхность исследуемой пластины нали вают 12 н. раствор,КОН. Верхний стакан сообщается с атмосферой. По мер ной бюретке и секундомеру фиксируют скорость уменьшения воды в нижнемстакане в результате переноса пара. Скорость диффузионного переноса пара вычисляют по формуле где; 1 - скорость диффузионного переноса,в - масса продиффундировавщего пара за время С3 - площадь образцаЭффективный коэффициент диффузии пара через пористый образец определяют из закона фикаЬС) тююХ где .О - эффективный коэффициентдиффузии,М - разность концентраций диффундируюшего вещества (пара) на границах исследуемого образца,ЬХ - толщина образца.Отсюда искомый эффективный коэфициент диффузии рассчитывают по формулее х 81 й Ю3 Ф М(Р-Р 1КТ где Т, - температура опыта,В универсальная газовая постоянная;Я - молекулярная масса пара;1 - давление насыщенного пара 4над парообразуюшей жидкостью при температуре Т; 5 10 И зРд - давление лара над паропогло-: шаюшим раствооом при температуре Т.В приведенном примере за 1 ч, убыль воды в нижнем сосуде составила 0,15 г. Температура опыта 21 С. Рассчитанный по этим данным эффективный коэффициент диффузии пара через фторплас-й товую пластину равняется 1,1 10 см /с.Используя предлагаемый способ, можно определить эффективный коэффициент диффузии водяного пара и через гидрофильный пористый образец. Для этого исследуемый образец помешают без за зоров между двумя пористыми гидрофоб ными пластинами с заранее определенным эффективным коэффициентом диффу зии пара через них, а затем проводят измерение по предлагаемому способу.Осуществление предложенного способа возможно вследствие наличия у исследуемого образца лиофобных поверхностей. Предлагаемым способом проводились определения эффективного коэффициента диффузии пара через пористые пластины, изготовленные из различных материалов, в широком диапазоне температур при использовании различных парообразуюших и паропоглошающих жидкостей. Использование предлагаемого способа определения эффективности коэффициента диффузии пара через пористый образец обеспечивает по сравнению с существующими способами следукнцие преимущества: простота осуществления, повышение точности и воспроизводимости, уменьшение .затрат времени,Ф ормула изобрения Способ определения эффективного коэффициента диффузии пара через пористый образец, заключающийся в том, что парообразующую среду в виде жидкости отделяют от паропоглошаюшей среды горизонтально расположенным исследуемым пористым образцом с лиофобными повбхностями, заполненным инертным по отношению к обеим средам газом, измеряют .скорость диффузногопотока пара через образец, по которой рассчитывают искомый коэффициент, отличающийся тем,что,с целью повышения точности и ускорения определения, в качестве паропоглошак7бд щей среды используот жидкость с упругостью пара, меныпей, чем у. парообразукицей жидкости, жидкости приводят в контакт с образцом, а в качестве жидко сти, расположенной наверхней поверхности образца, используют жидкость с плотностью, большей, чем плотность, жидкости, располорженной снизу образца. 4738Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе1. Патент США Ма 32865099ле 7 З 89 966 еБ 2. Авторское свидетельствоКо 102719, кл. б 01 И 15/08, 1955.3. Авторское свидетельствоСоставитель Н. ПреображенскаяРедактор И. Шубина Текред И.Асталош Корректор Д. МельниченкоФщтЗаказ 1042/41 Тираж 1089 ПодписноеШ 1 ИИПИ Государственного комитета СССРпо д лам изобретений и открытий1130359 Москва, ЖРаушская наб., д, 4/5фелнел ППП +Патент", г. Уло орое, ул. Проектное., 4