СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ ВЗВЕШЕННОЙ ВЛАГИ В ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДАХ Российский патент 2007 года по МПК G01N22/04 G01R27/26 

Описание патента на изобретение RU2306552C1

Предлагаемое изобретение относится к способам определения влажности жидких углеводородов. Оно может найти применение в нефтехимической промышленности, лабораторной практике для контроля качества горюче-смазочных материалов, в частности для экспресс-контроля качества авиационного керосина.

Известен кондуктометрический способ определения влажности (см. Жуков Ю.П., Кузнецов М.В. Высокочастотная безэлектродная кондуктометрия - М.: Энергия, 1968, с.104). Измерение объемной влажности данным способом ограничено участком от 2% до 30%. Недостатком известного способа является то, что в диапазоне влажностей 0-2% измерение практически невозможно, так как величины сопротивлений материалов становятся больше входных сопротивлений измерительных устройств.

Известен резонаторный способ определения объемной концентрации влажности (см. Берлинер М.А. Измерение влажности - М.: Энергия, 1973), принятый за прототип. При этом способе исследуемая жидкость помещается в кювету, находящуюся в полости цилиндрического объемного резонатора (ЦОР). Кювета выполняется в виде цилиндра или диска и устанавливается вдоль или перпендикулярно соответственно продольной оси объемного резонатора. Затем возбуждают электромагнитное поле (ЭМП) типа Н011, измеряют нагруженную добротность. Выходной величиной первичного измерительного преобразователя (ПИП) служит вызванное введением исследуемого материала изменение добротности резонатора ΔQ=Q-Q0 (Q - нагруженная; Q0 - ненагруженная добротности ОР). Недостатком прототипа является невозможность определения взвешенной влаги (мельчайшие капельки воды) по причине того, что изменение влагосодержания может быть вызвано не только наличием взвешенной влаги, но и наличием, например, антиобледенительной присадки (за счет наличия растворенной влаги в присадке), а также может быть вызвано изменением марки топлива (объемное процентное содержание естественной растворенной влаги зависит от марки топлива - керосина, бензина, дизельного топлива и т.д.).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность определения наличия взвешенной влаги в жидком углеводороде.

Данный технический результат достигается тем, что в СВЧ-способе определения наличия взвешенной влаги в жидких углеводородах в цилиндрический объемный резонатор помещают кювету с жидким углеводородом (например, с авиационным керосином), которая выполнена в виде цилиндра или диска, устанавливают кювету вдоль или перпендикулярно продольной оси цилиндрического объемного резонатора, дополнительно в жидкий углеводород добавляют антиобледенительную присадку - моноэтиловый эфир этиленгликоля (жидкость "И"), при этом объемное процентное содержание жидкости "И" должно быть таким, что добавка растворенной влаги, содержащейся в антиобледенительной присадке, должна быть примерно соизмерима с естественной растворенной влагой, которая содержится в жидком углеводороде, возбуждают электромагнитное колебания Н011, измеряют нагруженную добротность колебания Н011 цилиндрического объемного резонатора при температуре t1, при той же температуре t1 и по истечении некоторого времени вновь измеряют нагруженную добротность, по изменению нагруженной добротности судят о наличии взвешенной влаги.

На чертеже показана деформация силовых линий электростатического поля в диэлектрическом шарике.

Суть предлагаемого способа заключается в следующем. В ЦОР помещают кювету с жидким углеводородом. Кювету выполняют в виде цилиндра или диска и устанавливают вдоль или перпендикулярно оси цилиндрического объемного резонатора. В жидкий углеводород добавляют антиобледенительную присадку - моноэтиловый эфир этиленгликоля (жидкость "И"), возбуждают электромагнитное колебание Н011, измеряют нагруженную добротность колебания Н011 цилиндрического объемного резонатора при температуре t1. Если в исследуемом жидком углеводороде отсутствует взвешенная влага (в виде мельчайших капель), то нагруженная добротность будет зависеть от объемного процентного содержания естественной растворенной влаги (одна, две, три и т.д. молекул), содержащейся в жидком углеводороде, и объемного процентного содержания растворенной влаги, содержащейся в жидкости "И". При неизменной температуре окружающей среды t1 с течением времени нагруженная добротность изменяться не будет, так как объемное процентное содержание естественной растворенной влаги в жидком углеводороде зависит от температуры.

Иначе будет обстоять дело, если в жидком углеводороде будет содержаться взвешенная влага. Как известно (Кугушев А.М., Голубев Н.С. Основы радиоэлектроники. - М.: Энергия, 1969, с.372-373), в объеме диэлектрического шарика электрическое поле деформируется из-за граничных условий (см. чертеж). Напряженность электрического поля внутри шарика E2 связана с невозмущенной напряженностью электрического поля вне шарика Е1 следующим выражением

где εж - относительная диэлектрическая проницаемость жидкого углеводорода; - относительная диэлектрическая проницаемость воды (≈81). Для авиационного керосина (εк≈2.08), вследствие чего поле E2 примерно в 20 раз меньше поля Е1. Мощность потерь пропорциональна квадрату напряженности поля. Если часть взвешенной влаги перевести в растворенное состояние, то потери этой части взвешенной влаги увеличится примерно в 400 раз. Далее при той же температуре t1 и по истечении некоторого времени вновь измеряют нагруженную добротность, по изменению нагруженной добротности судят о наличии взвешенной влаги, при этом объемное процентное содержание жидкости "И" должно быть таким, что добавка растворенной влаги, содержащейся в антиобледенительной присадке, должно быть примерно соизмеримо с естественной растворенной влагой, которая содержится в авиационном керосине.

Суть предлагаемого способа поясняет следующий эксперимент.

В эксперименте использовался цилиндрического ОР с параметрами: радиус а=0.0375 м, длина l=0.1037 м, добротность пустого ЦОР - Q0≈910, материал - отполированная бронза марки 555. Эксперимент показал следующие результаты. Вначале измерялась нагруженная добротность ЦОР с авиационным керосином марки ТС1 без добавки антиобледенительной присадки (жидкости "И"). Форма кюветы выбиралась в виде диска, диаметром, равным диаметру ЦОР, и находящейся у нижней торцовой стенки резонатора. Резонансная частота ЦОР с авиационным керосином без жидкости "И" относительного уровня h/l=0.3 (где l - длина ЦОР, h - уровень керосина) равнялась 4.82 ГГц, а нагруженная добротность QH1≈450. Следовательно, парциальная добротность, вызванная потерями в растворенной влаге авиационного керосина, примерно равна Q1≈900, так как

Измерения проводились при температуре окружающей среды и керосина t=18°C. При этой температуре в авиационном керосине марки ТС1 содержится примерно 0.08% объемной концентрации естественной растворенной (одна, две, три и т.д. молекул воды, но не капли) влаги (см. Резников М.Е., Старостенко Г.К. Химия и авиационные горючие и смазочные материалы. - М.: Издание ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского - 1977. C.114).

Далее в авиационный керосин добавлялось примерно 0.03% объемной концентрации влаги, вся смесь диспергировалась (взбалтывалась), полученная смесь помещалась в ЦОР с тем же относительным уровнем h/l=0.3 и при той же температуре t=18°C, что и при измерении QH1. Нагруженная добротность в этом случае QH2 практически не изменилась (уменьшилась на 3-5 единиц) по сравнению с QH1, хотя 0.03% взвешенной влаги (в виде мельчайших капель) примерно в 4 раза больше объемной процентной концентрации естественной растворенной (0.08% для температуры t=18°C). Это можно объяснить тем, что в объеме влаги электрическое поле из-за граничных условий деформируется.

Перевести часть взвешенной влаги в растворенное состояние можно путем добавки в керосин, содержащий взвешенную влагу, противообледенительной присадки. Жидкость "И" (моноэтиловый эфир этиленгликоля) связывает часть взвешенной влаги и переводит ее в растворенное состояние, тем самым увеличивая потери. В эксперименте в полученную смесь добавлялось 1% жидкости "И" первого сорта. В первом сорте содержалось 0.2% объемной процентной концентрации растворенной влаги, что соизмеримо с объемом естественной растворенной влаги в авиационном керосине. Нагруженная добротность в этом случае равнялась QH3≈405. Это можно объяснить следующим образом. Из (2) парциальная добротность, вызванная потерями в растворенной влаге авиационного керосина, примерно равна Q1≈710, т.е. уменьшается на 21%. Что согласуется со следующим фактом - добавка 1% жидкости "И" первого сорта, содержащего 0.2% объемной процентной концентрации растворенной влаги, увеличивает объемную процентную концентрацию растворенной влаги с 0.008% до 0.01%, т.е. увеличивается на 25%. Это объясняется тем, что в паспорте на жидкость "И" 1 сорта - объемная процентная концентрация растворенной влаги не более 0.2%, т.е. фактически оказалось меньше.

После добавки 1% жидкости "И" и по истечении 20 минут при той же температуре окружающей среды и керосина t=18°C нагруженная добротность уменьшилась с Qн3≈405 до Qн4≈320, что равносильно уменьшению парциальной добротности с Q1≈710 на 28%. Таким образом, часть взвешенной влаги перешла в растворенное состояние, увеличив потери.

Реализовать предлагаемый способ можно, используя известные устройства: перестраиваемый генератор СВЧ, измеритель добротности, устройства впуска-выпуска жидкости и дозирования.

Таким образом, по сравнению с прототипом существует возможность в предлагаемом способе определения наличия взвешенной влаги.

Похожие патенты RU2306552C1

название год авторы номер документа
СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМНОГО ПРОЦЕНТНОГО СОДЕРЖАНИЯ ВЛАГОСОДЕРЖАЩИХ ПРИСАДОК В ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДАХ И ТОПЛИВАХ 2004
  • Суслин Михаил Алексеевич
RU2287806C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ ВЗВЕШЕННОЙ ВЛАГИ В ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДАХ 2014
  • Суслин Михаил Алексеевич
  • Прищепенко Владислав Юрьевич
  • Кардашев Генрих Арутюнович
RU2568678C2
СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСТВОРЕННОЙ И ОСАЖДЕННОЙ ВЛАГИ В ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДАХ 2006
  • Суслин Михаил Алексеевич
RU2301418C1
СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСАЖДЕННОЙ ВЛАГИ В ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДАХ 2010
  • Суслин Михаил Алексеевич
  • Шаталов Александр Леонидович
RU2451929C1
СВЧ-способ определения свободной воды в жидких углеводородах 2023
  • Суслин Михаил Алексеевич
  • Думболов Джамиль Умярович
  • Пасечников Иван Иванович
  • Мурашкина Анна Андреевна
RU2806026C1
СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСАЖДЕННОЙ ВЛАГИ В ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДАХ 2014
  • Суслин Михаил Алексеевич
  • Прищепенко Владислав Юрьевич
  • Кардашев Генрих Арутюнович
RU2559840C1
СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСАЖДЕННОЙ ВЛАГИ В ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДАХ 2014
  • Волков Виталий Витальевич
  • Суслин Михаил Алексеевич
RU2571631C1
СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСАЖДЕННОЙ ВЛАГИ В ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДАХ 2014
  • Волков Виталий Витальевич
  • Суслин Михаил Алексеевич
  • Прищепенко Владислав Юрьевич
  • Думболов Джамиль Умарович
RU2571632C1
СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ 2007
  • Суслин Михаил Алексеевич
RU2358261C1
СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ И ТОПЛИВ 2010
  • Суслин Михаил Алексеевич
  • Прищепенко Владислав Юрьевич
  • Роговенко Олег Николаевич
  • Шаталов Александр Леонидович
RU2451928C1

Реферат патента 2007 года СВЧ-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ ВЗВЕШЕННОЙ ВЛАГИ В ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДАХ

Изобретение относится к способам определения влажности жидких углеводородов. Оно может найти применение в нефтехимической промышленности, лабораторной практике для контроля качества горюче-смазочных материалов, а также для экспресс-контроля качества авиационного керосина перед его непосредственной заправкой в баки летательных аппаратов. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения взвешенной влаги. СВЧ-способ определения наличия взвешенной влаги в жидких углеводородах заключается в том, что в цилиндрический объемный резонатор помещают кювету с жидким углеводородом (например, с авиационным керосином). Кювета выполнена в виде цилиндра или диска, устанавливают кювету вдоль или перпендикулярно продольной оси цилиндрического объемного резонатора, дополнительно в жидкий углеводород добавляют антиобледенительную присадку - моноэтиловый эфир этиленгликоля (жидкость "И"). Объемное процентное содержание жидкости "И" должно быть таким, что добавка растворенной влаги, содержащейся в антиобледенительной присадке, должна быть соизмерима с естественной растворенной влагой, которая содержится в жидком углеводороде. Возбуждают электромагнитное колебание типа Н011, измеряют нагруженную добротность колебания типа Н011 цилиндрического объемного резонатора при температуре t1, по истечении не менее 20 минут вновь измеряют нагруженную добротность. По изменению нагруженной добротности судят о наличии взвешенной влаги. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 306 552 C1

СВЧ-способ определения наличия взвешенной влаги в жидких углеводородах, при котором в цилиндрический объемный резонатор помещают кювету с жидким углеводородом, которая выполнена в виде цилиндра или диска, устанавливают кювету в виде цилиндра вдоль, а кювету в виде диска устанавливают перпендикулярно продольной оси цилиндрического объемного резонатора, отличающийся тем, что в жидкий углеводород добавляют антиобледенительную присадку - моноэтиловый эфир этиленгликоля (жидкость И), при этом объемное процентное содержание жидкости И должно быть таким, что добавка растворенной влаги, содержащейся в антиобледенительной присадке, должна быть соизмерима с естественной растворенной влагой, которая содержится в жидком углеводороде, возбуждают электромагнитное колебание H011, измеряют нагруженную добротность колебания Н011 цилиндрического объемного резонатора при температуре t1, при той же температуре t1 и по истечении не менее 20 мин вновь измеряют нагруженную добротность, по изменению нагруженной добротности судят о наличии взвешенной влаги.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2306552C1

БЕРЛИНЕР М.А
Измерение влажности
- М.: Энергия, 1973, с.141-143
СВЧ - СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ВЛАГИ И СТЕПЕНИ ЕЕ ЗАСОЛЕННОСТИ В ЖИДКИХ СРЕДАХ 2002
  • Суслин М.А.
RU2244293C2
Дезинтегратор замороженных микроорганизмов 1976
  • Фихте Борис Абрамович
  • Ратнер Евгений Наумович
  • Гуревич Григорий Аронович
  • Ушаков Вячеслав Митрофанович
SU564879A1
Аппарат для разделения твердых и жидких составных частей торфа или бурого угля 1927
  • А. Маннесман
SU11185A1

RU 2 306 552 C1

Авторы

Суслин Михаил Алексеевич

Даты

2007-09-20Публикация

2006-02-03Подача