Устройство для измерения коэффициента диффузии газа в жидкости

(9) ( ) 4(5) С 01 й 13 00 ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СВИДЕТЕЛЬСТ ТО В 20Л;Г.Вольшинский,еэьяэычныйнструкторско-техонецкого физико-ута АН УССР ная ячейк разной тр заглушен вой камер Диффузионная1979, с.45.етельство СССР.й 13/,00, 1.978 ветельство СССР13/00, 1978 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ .СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ(21) 3477807/18-25 22) 02.08.82 46) 30.05.85. Бюл. 72) В.В,Первушин, Л.А.Куницын и В.В.Б (71) Специальное ко нологическое бюро Д технического инстит (53) 535.15(088.8) (56) 1.Гегузин Я.Е. эона. И., "Наука",2.Авторское свид Ф 721706, кл.б 01З.Авторское свид У 759914, кл.б 01 й (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ ГАЗА В ЖИДКОС. ТИ, содержащее 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, диффузиона выполнена в виде 0 -об-, убки, один конец которой158901 Изобретение относится к.исследованию химических и физических свойстввеществ, например диффузионных, вчастности к исследованию явлений массопереноса, и может быть использовано в технологических разработках сприменением гаэожидкостных сред,Известно устройство для определения коэффициентов диффузии путемнепосредственного измерения концентрации заданного компонента в фиксированных точках, В устройствахподобного рода осуществляют осмотрпроб и проводят их количественныйхимический анализ либо фиксируют 15измерения какой-либо характеристикивещества, зависящей от концентрацииЦНедостатком указанного устройства является трудоемкость процессаизмерений и анализа результатов. 20Кроме того, отбор проб из жидкостидля химических исследований вноситвозмущения, способные отразиться начистоте диффузионных экспериментов.Измерение же характеристик жидкости, 25зависящих от концентрации исследуемого компонента, требует дополнительных исследований,. устанавливающихтакие закономерности.Известно устройство для определения параметров переноса растворенного газа в жидкостях по измерениюгазопроницаемости гаэожидкостныхсистем, содержащее измерительную камеру, разбитую на три полости. Верх 2 няя и средняя полости разделены упругой непроницаемой мембраной, котораяявляется измерительным элементом,фиксирующим перепад давлений междуними.Средняя инижняя полостиотделе -40ны мембраной с известной газопроницаемостью, которая покрывается слоемиспытуемой жидкости. Нижняя часть камеры вакуумируется, а две других заполняются исследуемым газом, Скорость 45диффузионной перекачки и соответствующие параметры переноса определяютсяпутем измерений прогиба упругого элемента и нарастания давления в нижнейполости, Измерения проводят в интервале времени когда процесс идет нестацнонарно 21. 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 2переплетены объемная кинетика, определяющая диффузию, и граничная кинетика, ответственная за растворимость,и их трудно надежно разделить. Дляэтого необходима достаточно сложнаятеоретическая интерпретация неравновесных процессов переноса в тройныхсистемах. Стационарное же течениепроцесса, которое достаточно надежно просчитывается, в отмеченном устройстве невозможно,Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для измерениякоэффициента диффузии газа в жидкости, содержащее диффузионную ячейку,соединенную с системой заполненияее нсследу дым газом и жидкостью,и газовую камеру.Диффузионная ячейка. представляетсобой две газовые камеры, пространство между которыми заполняетсяиспытуемой жидкостью.;Газовые камерыотделены от жидкости полимернымимембранами и уплотнительными элементами. Верхняя камера к баллону сисследуемым газом, а нижняя сообщается с хроматографом Я ,Недостатками указанного устройстваявляются 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 упрощенияконструкции.Поставленная цель достигается тем,что в устройстве для измерениякоэффициента. диффузии газа в жидкости,содержащем диффуэионнуюячейку,соединенную ссистемой заполнения ее исследуемым газом и жидкостью,и газовую камеру,диффузионная ячейка выполнена ввиде О-образной трубки, один конецкоторой заглушен, а другой соединен сгазовой камерой.1На фиг.1 показана схема устройства для измерения коэффициента диффузии; на фиг.2 - диффузионная ячейка.Предлагаемое устройство для измерения коэффициента диффузии газа вжидкости состоит из диффузионнойячейки 1, выполненной в виде двухтрубок 2 и 3, сообщающихся между собой наклонным каналом 4,На фиг,2 приведены следующие обозначения высоты уровня жидкости в3 1158901 фтрубке 2:в . исходное значение высоты 1(Е газовой, полости приуровня жидкости в ячейке 1; Ьф- высо- ее растворении,та газовой полости в трубке 2 Н - Устройство работает следующимзаданный уровень жидкости, до кото- образом.рого заполняется диффузионная ячей При закрытом клапане 10 ( положека . ние В) вакуумируют диффузионную ячейТрубки 2 и 3 могут быть установле- ку 1. Контроль давлений в ней осуны на разном уровне, свободный конец ществляется манометрами, подкйочентрубки 3 герметично подсоединен с ными к вентилю 12 сброса. После созпомощью шланга 5 к выходному патрубку 10 дания вакуума в диффузионной ячейке6 газовой камеры 7, которая может 1 перекрывают вентиль 5 и заполняютбыть 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 При достижении давления в ячейке 1тема 8 прокачки обеспечивает поток уровня, равного дарлению газа в кагаза над поверхностью жидкости при мере , перекрывают вентиль 16; преоткрытом (положеиии А) клапане 10. В : кращая тем самым подачу газа взакрытом состоянии клапан 10 (поло- ячейку 1, и открываот вентиль 17,жение Вгерметиэирует камеру 7 в 2 О через который осуществляетсянерабочем состоянии. Камера 7 н выход подача жидкости в диффузионнуюной патрубок б имеют вентили 11 и 12 ячейку 1, С момента формированиясброса соответственно. При необходи- замкнутой газовой полости кот рыймости через вентиль 1 осуществляет- фиксируется визуально, открываются отбор проб газа. Диффузионная 25 вентиль 12 сброса и полностью заячейка 1 посредством герметичного полняют ячейку 1 жидкостью. Затемввода 13 подключена к системе 14 перекрывают вентиль 12 и открываютзаполнения, Система 14 заполнения клапан 10, вентиль 17 при этом всеснабжена вентилями 15 ( для откачки еще открыт, При достижении жидкостьювакуума), 16 (для подачи газа)и 17 о уровня горловины патрубка 6 вентиль(для подачи жидкости. В диффузион закрывают, прекращая подачу жидной ячейке 1 размещены датчики 18 кости в ячейку . Таким образом,уровня жидкости, сигнал с которых устройство готово к проведению иэфиксируется соответствующей системой мерений.19.с35По показаниям датчиков 18 уровнясигнал с которых Фиксируется систефИзмерения осуществляются следующим мой 19 измерени"образом,ин, определяют исходное значение уровня жидкости Ь воВ трубке 2 (замкнутом сосуде ) фордиффузионной ячейке 1. Если иЕсли диффумируется исследуемая газовая полость,зионная ячейка 1 выполнена изполнена из проза вторая трубка заполняется исследуерачных трубок на о ной из котмой жидкостью до заданного уровня Н(трубка 2) нанесена изме итель(фиг,2) и герметично присоединяется випшкала, то уровень ж костик камере 7 с исследуемым или инертным в отношении растворения газом, ф 5 наченой шкале, После заме аамера исходногоВ первом случае диФфузионная переэначения уровня жидкости о начинакачка осуществляется за счет переют вести отсчет времени, фиксируяпада давлении, бусловленного весомчт пере изменение высоты гаазовой полостистолба жидкости Н. Во втором слу. При заполнении газовой камерычае перекачка вызвана и непосредстгазом включают компрессорвенным перепадом концентраций, Последующие измерения сводятсячем в этом случае камера 7 допол - к фиксации текущего значения высотытельно снабжена замкнутой системой(Ц ну ой полости.8 прокачки, обеспечивающей слабую Коэффициент диффузии О определяюттягу над внешней поверхностью жид по скоро"ти Ч стационарной пере.кости и обновляющей поверхностный качки газа, определяемой при усло-.газовый слой, Скорость диффузионной вии, что 1 Щ линейно изменяется сперекачки фиксируется по изменению течением времени, соотношениемЧ= - = сопев.,Д )81где Ю 1 Г- изменение высоты замкнутойгазовой полости в течение времени ь 1, м;И- период времени, в течениекоторого производят измерения, с;Изменение высоты А:.И определяется как разница между высотой уровня газовой полости Ь(1) и высотой уровня жидкости Ь,ЬЬ =Ь(1) "Ь. В случае, если газовая камера 7 заполняется инертным в отношении растворения газом, коэффициент диффузии О определяется соотношением(г)Кгде М и .определяется выражением 01,11. - средняя длина слоя жидкос-.ти (фиг.2) в диффузионнойячейка 2, м;ь " коэффициент, характеризующий равновесную растворимость данного газа в жидкости равный"к ывд 4 ф 44 В 44,где п, - равновесная концентрацияИ 4 ВЯрастворенного газа в жидкости при заданных внешнихусловиях, 1/мв;И,в - соответствующая концентрация 4 Равкмолекул в газовой фазе, 1/мКонцентрация ив 4, и изаданы числом молекул газа в едйнице Объема В случае, когда камера 7 заполнена исследуемым газом, коэффициент диф-.фузии Э определяется по формулерР:(1 - Н) г. 1 (4)5ВЯгде Р - давление газа в камере, н/мв;- плотность жидкости, кг/мв;йускорение силы тяжести, м/с,Предлагаемое устройство может быть10 использовано также для измерения параметров, характеризующих кинетику растворения в нестандартных условиях, при,наличии четкого теоретического анализа.15 Предлагаемое устройство для измерения коэффициента диффузии газа вжидкости по сравнению с базовымобъектом повышает надежность и точность измерений за счет упрощения20 конструкции диффузионной ячейки,поскольку отпадает необходимостьустанавливать дополнительные мембра-ны, удерживающие слой жидкости, аэто исключает цикл по определениюИ газопроницаемости мембран, а такжегерметичность системы за счет отсут.ствия уплотнительных элементов,фиксирующих мембраны. В целом этоприводит к улучшению чистоты диффуЗИОННЫХ ОПЫТОВ,При использований высокопрочныхи оптически прозрачных материаловпри изготовлении диффузионной ячейки устройство может быть использовано для измерений в широком диапазонедавлений (порядка сотен атмосфер).Предлагаемое устройство целесообразно использовать в контрольно-измерительной аппаратуре технологических процессов в двухфазных гаэожид 40костных средах.