Стенд для измерения адсорбции газов и паров гравиметрическим методом и способ его эксплуатации Российский патент 2020 года по МПК G01N7/04 G01N5/02 

Исследование адсорбции газов и паров на пористых материалах является крайне важной задачей, необходимой для решения комплекса технологических вызовов, стоящих в области адсорбционных технологий при создании защитных атмосфер, очистке и разделении сред, накоплении или аккумулировании веществ. Также, по изотермам адсорбции стандартных веществ - изотерма адсорбции азота при 77 K и изотерма адсорбции бензола при 293 K, можно провести оценку пористой струткуры исследуемых материалов.

Среди существующих устройств для исследования адсорбции известно устройство, включающее приведение электрода в виде пластины одной стороной в контакт с исследуемым электролитом, импульсное изменение температуры обратной стороны пластины и регистрацию потенциала электрода, по сдвигу которого определяют выделение тепла при адсорбции и саму адсорбцию по калибровочным кривым [СССР №873038, 1981.] Этот способ дает возможность осуществить импульсное изменение температуры электрода путем приведения обратной стороны пластины в контакт с нагретым или охлажденным теплоносителем. Однако относительно не высокую точность, так как используемая в этом способе плоская форма пластины и удержание пластины фланцем ограничивают доступ теплоносителя к пластине.

Также известно устройство для исследования адсорбции, патент РФ 2054650, которое включает сосуд с отверстием, расположенным ниже уровня электролита и закрытым электродом в виде пластины, электрод сравнения, регистратор потенциала и теплоноситель. Отверстие выполнено на участке сосуда с цилиндрической наружной поверхностью на торце либо боковой стенке сосуда. Пластина прижата двумя гибкими тягами. Отверстие в боковой стенке выполнено наклонным. Способ использования устройства включает приведение электрода в виде пластины одной стороной в контакт с исследуемым электролитом, импульсное изменение температуры обратной стороной пластины и регистрацию изменения потенциала электрода. Пластину изгибают, придавая ее поверхности цилиндрическую форму. В контакт с электролитом приводят вогнутую сторону пластины. Измеряют зависимость производной потенциала по температуре от потенциала и раскладывают эту зависимость на линейную часть и часть, пропорциональную зависимости эстанса от потенциала, по крайней мере, при трех значениях потенциала, определяют коэффициент пропорциональности, по которому судят о величине деформационной составляющей влияния тепла на адсорбцию. Недостатком такого изобретения является сравнительно низкая точность измерения относительно прямых методов изменения адсорбции: гравиметрического и объемного.

Известен патент СССР 819625 способ определения адсорбции газов и устройство для его осуществления. Устройство для реализации способа включает помещенные в термостат адсорбер с сорбентом и компенсирующий сосуд, которые раздельно сообщаются через электромагнитные клапаны с разными сторонами дифференциального манометра, которые при напуске туда газа сообщаются друг с другом через клапан. Каждый адсорбер и сосуд непосредственно сообщается с одной стороной нуль-индикаторов, другая сторона которых сообщается с идентичной стороной другого адсорбера и сосуда через клапан. С этими сторонами нуль-индикаторов через клапан сообщается задатчик давления, в качестве которого может быть использован любой контактный манометр необходимого класса. Предложенным способом предлагается получать изотермы и изобары сорбции в широком диапазоне давлений и температур. Адсорбция в таком случае измеряется по разнице давлений в адсорбере и компенсирующем сосуде, т.е. объемным методом. Точность измерения в этом случае зависит не только от чувствительности дифманометра, точности его градуировки, от классов точности датчиков давления, температуры и вторичных приборов, как указывают авторы изобретения, но и точности изготовления и калибровки объемов сосудов, а также распределения температурного поля внутри термостатов. Известно, что при адсорбции выделяется теплота, которая будет приводить к перераспределению температурного поля, и созданию дополнительной разницы по давлениям между сосудами, что будет приводить к возникновению дополнительного вклада в погрешность измерения без существенных временных затрат не только на достижение адсорбционного равновесия, но и достижения термического равновесия в адсорбере и сосуде.

Наиболее близким по сути и достигаемому результату является стенд для измерения адсорбции энергетических газов на углеродных нанотрубках для систем альтернативной энергетики [Школин А.В., Фомкин А.А. Измерение адсорбции энергетических газов на углеродных нанотрубках для систем альтернативной энергетики // 2018. Измерительная техника. №4. С. 56-61.]. Стенд позволяет измерять адсорбцию различных газов и паров при заданных давлении и температуре гравиметрическим методом. Для измерения используются коромысловые весы, на одном плече которых размещается ампула с исследуемым адсорбентом, а на другом противовес с сердечником индукционного датчика перемещений, соединенного с электронным блоком компенсации веса. Весы компараторы размещены в герметичной емкости, соединенной с газовой системой стенда. Весы компараторы соединены с приборами контроля давления и вакуума, сосудом под давлением с исследуемым газом, через систему редуцирования давления, емкость с исследуемым жидким веществом, для исследования адсорбции паров, а также вакуумным постом.

Недостатком такого стенда является размещение подключения сосуда под давлением с газом через систему редуцирования в узле, который отделен от приборов контроля давления и разрежения (вакуума), таким образом имеется возможность неконтролируемой подачи газа в стенд с превышением допустимого давления. В этом случае при открытии вентиля, соединяющего узлы стенда возможна порча приборов контроля давления, контроля вакуума (разряжения) и весов-компараторов, плечи которых расположены в стеклянных ампулах.

Кроме того, отсутствие калиброванного объема не позволяет подавать заданные порции газа на весы компараторы, что может привести к неравномерному распределению измеряемых значений по измеряемой зависимости, например, изотерме адсорбции, что в отдельных случаях является необходимым условием обеспечения измерений, например, при оценке сорбционной емкости материалов в заданных условиях.

Методика измерения адсорбции газов и паров на стенде прототипе заключается в подготовке - регенерации пробы адсорбента при повышенных температурах, с последующем измерением адсорбции - порционной подаче анализируемого вещества на адсорбент, подвешенный в чаше на одном плече коромысловых весов из сосуда под давлением через систему редуцирования давления или емкость с исследуемым жидким веществом и вакуумные вентили.

Недостатком такого решения является отсутствие надлежащей системы подготовки измеряемых веществ - адсорбтивов, а также самого адсорбента, так как предложенный подход высокотемпературной вакуумной регенерации может приводить к каталитическому разложению вещества адсорбированного в порах измеряемого адсорбента, например, стандартного для анализа пористой структуры вещества - бензола.

В связи с этим целью настоящего изобретения является создание надежного оборудования для измерения адсорбции, повышение точности измерения адсорбции газов на адсорбентах, что обеспечивается конструкцией стенда и методикой его эксплуатации, позволяющей повысить контроль подачи адсорбтива при проведении измерений, а также достичь снижения влияния на измерения косвенных факторов, вызывающих погрешности, таких как наличие примесей в исследуемых жидких адсорбтивах, в том числе растворенных газов, а также повышения качества регенерации адсорбента.

Заявляемая цель достигается при использовании следующих технических решений.

Стенд для измерения адсорбции гравиметрическим методом, включающий в себя весы - компараторы, приборы измерения давления, приборы контроля разряжения (вакуума), сосуд под давлением с газом, система редуцирования давления, система калибровки приборов измерения давления, емкость с исследуемым жидким веществом, соединенные между собой узлами газовых магистралей, подключенными к вакуумному посту, содержащему основной вакуумный насос и азотную ловушку, отличающийся тем, что в узел из газовых магистралей, соединяющих весы-компараторы, приборы измерения давления, прибор контроля разряжения (вакуума), добавлено соединение с сосудом под давлением с газом через систему редуцирования давления и соединение с системой калибровки приборов измерения давления, в узел из газовых магистралей, соединяющих вакуумный пост, емкость с исследуемым жидким веществом, противодавление приборов измерения давления и весы-компараторы, добавлена калиброванная емкость известного объема, приборы измерения давления и калиброванная емкость известного объема, помещены в термостат, поддерживающий температуру выше температуры окружающей среды не более чем на 20 K.

Стенд для измерения адсорбции в одном из вариантов исполнения содержито вакуумный пост содержит дополнительный вакуумный насос, и дополнительную азотную ловушку.

Для измерения адсорбции при температурах выше 333 K в плечо коромысла весов-компараторов, содержащее исследуемый адсорбент, дополнительно вводится система снижения конвекционного обмена измеряемого вещества.

Способ эксплуатации стенда для измерения адсорбции гравиметрическим методом, в котором подготовка адсорбента к измерению осуществляется комбинированным методом, включающим последовательно термовакуумную десорбцию при температурах до 383К, вытеснительную десорбцию газом, термовакуумную десорбцию при повышенных температурах до 673 К.

При котором для подготовки стенда к измерениям адсорбции паров жидкость для исследования дегазируют путем криовакуумной перегонки через дополнительную азотную ловушку.

В процессе измерения адсорбции при температурах ниже 273 K учитывают поправку в величине адсорбции на Архимедову силу.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности работы стенда, а именно защиты стенда от разрушения, связанного с неконтролируемым повышением давления газа; повышение контроля за распределением измеряемых равновесных значений по всей измеряемой зависимости - изотерме адсорбции; повышения точности измерений, в том числе и за счет снижения влияния на измерения косвенных факторов, вызывающих погрешности измерения, связанных с удалением растворенных газовых примесей в исследуемых жидких адсорбтивах, в том числе в растворенных газах; повышения качества регенерации адсорбента.

Достижение технического результата иллюстрируются следующими примерами и чертежами.

На фиг. 1 изображен стенд для измерения адсорбции газов и паров гравиметрическим методом (далее Стенд), где приведены следующие обозначения:

ТУ - Термостатируемый участок (поддерживаемая температура 30±0.1°С);

ВП - Вакуумный пост;

А - Узел из газовых магистралей, соединяющих весы-компараторы, приборы измерения давления, прибор контроля вакуума добавлено соединение с сосудом под давлением с газом через систему редуцирования давления и соединение с системой калибровки приборов измерения давления;

В - Узел из газовых магистралей, соединяющих вакуумный пост, емкость с исследуемым жидким веществом, подключение к противодавлению приборов измерения давления, калиброванная емкость известного объема и весы-компараторы;

1 - проба адсорбента в газопроницаемом контейнере;

2 - чаша-подвес;

3 - стальной противовес-сердечник;

4 - система электромагнитов;

5 - датчик индуктивного типа;

6 - тяги коромысла;

7 - весы-компараторы;

8 - блок компенсации веса;

9 - мультиметр цифровой;

10 - персональный компьютер;

11, 12 - приборы контроля давления на разные диапазоны измерения;

13 - генератор сигналов специальной формы;

14 - система редуцирования давления;

15 - сосуд под давлением с газом;

16 - емкость с исследуемым жидким веществом;

17 - калиброванная емкость известного объема;

18 - Выход для подключения системы калибровки приборов измерения давления;

19, 20 - прибор контроля разряжения (вакуума);

21, 22 - азотная ловушка;

23 - дополнительный вакуумный насос (вакуумный диффузионный насос);

24 - вакуумный насос;

25 - устройство для отображения и обработки показаний приборов контроля разряжения (вакуума);

26 - жидкостный криотермостат;

27 - Измеритель-регулятор;

28 - Термопреобразователь сопротивления;

29 - Электронагреватель;

30 - Термопреобразователь сопротивления;

31 - электронагреватель (печь регенерации), термостат;

32 - изотермический сосуд (сосуд Дюара).

«В1» - «В10» - вентили запорные проходные;

«К1» - «К3» - краны трехходовые вакуумного поста.

На фиг. 2. Изображено плечо коромысла весов-компараторов, содержащее пробу адсорбента, с системой снижения конвекционного обмена измеряемого вещества, где:

33 - система снижения конвекционного обмена измеряемого вещества

34 - ампула плеча весов-компараторов;

35 - крепление ампулы плеча весов-компараторов к весам-компараторам;

В общем виде стенд представляет собой весы-компараторы, находящиеся в герметичной емкости, соединенной узлом из газовых магистралей А объединяющих их с приборами контроля давления, приборами контроля разряжения (вакуума), сосудом под давлением с газом с системой редуцирования давления, системой калибровки приборов измерения давления. В свою очередь узел из газовых магистралей А соединен с узлом В соединяющий емкость с исследуемым жидким веществом, подключение к противодавлению приборов измерения давления, калиброванная емкость известного объема и вакуумный пост.

Узлы и их отдельные элементы соединяются через запорные вентили сильфонного типа. Газовые магистрали, вентили и часть корпусных элементов весов-компараторов выполнены из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, вакуумный пост и элементы весов-компараторов из стекла молибденовой группы. Газовые магистрали Стенда соединены с вакуумным постом при помощи паяного соединения «ковар-стекло».

Вакуум в стенде создается при использовании вакуумного поста. Вакуумный пост содержит вакуумный насос, форвакуумного или турбомолекулярного типа, с азотной ловушкой и приборы контроля вакуума (разряжения). Дополнительно к основному насосу с азотной ловушкой, может устанавливаться последовательно второй вакуумный насос диффузионного или форвакуумного типа (при использовании турбомолекулярного насоса в качестве основного) с дополнительной азотной ловушкой, как, например, представлено на фиг. 1.

Принцип работы со стендом следующий. Образец адсорбента 1 помещают в специальный газопроницаемый контейнер и укладывают на чашу весов 2, подвешенную на тяге 6 к коромыслу весов-компараторов 7. С другой стороны коромысла весов также на тяге 6 подвешен стальной противовес 3, удерживаемый в магнитном поле, создаваемом электромагнитом 4 с регулировкой тока в нем, осуществляемой через блок компенсации веса 8. Противовес, вместе с тем, является сердечником датчика перемещений индуктивного типа 5, сигнал от которого передается блок компенсации веса 8, и на цифровой мультиметр 9, сигнал с которого записывается в реальном времени на персональном компьютере 10.

Корпус весов-компараторов имеет специальные отверстия для соединения с газо-вакуумной магистралью Стенда и безударной подачи газа в адсорбционную камеру весов. Калибровка блока компенсации веса 8 весов-компараторов 7, осуществляется при использовании набора гирь от 1 до 100 мг класса точности не ниже Е2.

Для измерения давления в стенде используются приборы контроля давления, например, приборы измерения давления сильфонного типа 11 (с пределом измерения 1000 мм рт. ст.) и 12 (с пределом измерения мм рт. ст.), откалиброванные через систему калибровки приборов измерения давления, которая представляет собой, систему из газовых магистралей с подключенным манометром высокой точности с достоверными значениями показаний давления, или, систему со ртутным U-образным манометром. В настоящем примере, приборы контроля давления имеют сильфонные сенсорные элементы, выполненные из стали 36ХНТЮ. К донышку сильфона приварен шток со стальным сердечником дифференциального трансформатора. На катушку индуктивности дифференциального трансформатора генератором сигналов специальной формы 13 подается сигнал синусоидальной формы амплитудой 3 В и частотой 1 кГц. Изменение давления вызывает смещение дна сильфона вместе с сердечником, которое преобразуется в сигнал переменного напряжения при помощи индукционного преобразователя. Сигнал от индуктивного преобразователя регистрируется при помощи мультиметра 9 имеющим разрешение 1 мкВ при частоте 1 кГц, и передается на персональный компьютер 10. Для обеспечения возможности смещения сильфона и повышения чувствительности и точности измерения на внешнюю сторону сильфона, куда не подается вещество, давление которого измеряется данным прибором, называемою - противодавлением прибора контроля давления, создается разряжение (вакуум), с абсолютным давлением величиной не более 1 Па, что контролируется прибором контроля разряжения (вакуума).

Для повышения точности измерений приборы контроля давления, большая часть газовых магистралей и калиброванная емкость известного давления помещены в воздушный термостат при температуре несколько выше температуры окружающей среды, не более чем на 20 K, например, при температуре 303.0±0.1 K. Калибровка приборов контроля давления при данной температуре позволит получать с высокой точностью показания давления вне зависимости от температуры окружающей среды, а температурный уровень термостата, позволяет и летом и зимой, даже при минимальном отоплении помещения, когда температура окружающей среды понижается до 283…288 K, позволяет в среднем за год затрачивать минимальное количество энергии на нагрев и поддержание заданного уровня температуры.

Для создания и поддержания требуемой температуры образца во время эксперимента, часть весов, в которых находится подвес с чашей весов с адсорбентом, помещают в сосуд дьюара 32, заданная температура в котором поддерживается либо при использовании жидкостного криотермостата с теплообменником 26, либо при использовании жидкого азота. При регенерации навески пробы адсорбента используют электрический термостат 31.

В случае измерения адсорбции при температурах выше 333 K в плечо весов-компараторов, содержащее исследуемый адсорбент, дополнительно может вводиться система снижения конвекционного обмена измеряемого вещества. Пример осуществления изобретения представлен на фиг. 2.

Необходимость введения система снижения конвекционного обмена измеряемого вещества, связана с увеличением влияния тепло- массопереноса исследуемого вещества в весах-компараторах 7, по причине того, что одно плечо коромысла весов и непосредственно «тело» весов-компараторов 7, содержащее коромысло, находится при температуре окружающей среды, а ампула с плечом коромысла 34, содержащая пробу адсорбента 1, находится при температуре опыта, более 333 K, т.е. разница температур в среднем превышает 35…40 K. Это может приводить к «раскачке» коромысла весов и, соответственно, снижению точности эксперимента. Поэтому для предотвращения указанного эффекта, в плечо коромысла весов-компараторов, содержащее исследуемый адсорбент 1, дополнительно вводится система снижения конвекционного обмена измеряемого вещества 34, которая представляет собой, например, набор пластин на подвесе, расположенных таким образом, чтобы с одной стороны обеспечить возможность свободного перемещения тяги коромысла 6 с чашей-подвесом 2, в которой находится адсорбент 1, с другой стороны максимально препятствовать теплопереносу исследуемого вещества по плечам весов-компараторов.

Способ эксплуатации стенда для измерения адсорбции гравиметрическим методом заключается в следующем. Подготовка адсорбента к измерению осуществляется комбинированным методом, включающим последовательно термовакуумную десорбцию при температурах до 383К, вытеснительную десорбцию газом, термовакуумную десорбцию при повышенных температурах до 673 К. Такой подход позволяет с одной стороны удалить из адсорбента влагу и двуокись углерода, так как регенерация на первом этапе осуществляется при температуре до 383 K, т.е. температуре при которой из пор адсорбента активно выходят вода и двуокись углерода, а на втором шаге на уже нагретый адсорбент подается газообразный азот, который вытесняет вещества с более высокой энергией адсорбции, например, углеводороды, и затем производится вакуумирование адсорбента. Этот этап регенерации необходим, так как на адсорбентах при повышенных температурах, выше 393 K каталитически разлагается целый ряд веществ, что может приводить к изменению химии поверхности адсорбентов за счет высаживания продуктов каталитического разложения на поверхности пор адсорбента. Это, соответственно, будет приводить к некорректным измерениям адсорбционных характеристик за счет изменения самого исследуемого адсорбента в процессе регенерации. Дальнейшая регенерация осуществляется путем вакуумирования адсорбента с повышением температуры до требуемой для данного типа адсорбента, например, для металлорганических каркасных структур это может быть температура 403 К, для углеродных адсорбентов 573 К, или для цеолитов, когда у них необходимо при регенерации извлечь структурную влагу температура может достигать 673 K.

При подготовке экспериментов по измерению адсорбции газов и паров на адсорбентах, важно использовать особо чистые вещества, чтобы получить наиболее достоверные сведения. Наибольшие ошибки могут возникать при исследовании адсорбции паров, для чего в емкость 16 заливается жидкое вещество, адсорбцию паров которого планируется исследовать. При этом помимо воздушной подушки в емкости с исследуемым жидким веществом над жидкостью, любое жидкое вещество будет содержать растворенные в нем газы, которые не удалятся даже после скачки газовой подушки вакуумным насосом. Поэтому при эксплуатации стенда в процессе подготовки жидкого вещества для измерения адсорбции паров используется процесс криовакуумной перегонки для дегазации жидкости. Для этого используется дополнительная азотная ловушка.

Сам процесс заключается в следующем: основную 22 и дополнительную 21 азотные ловушки помещают в жидкий азот (или заполняют жидким азотом в зависимости от конструкции ловушек), для регенерации используют основной насос, а вакуумные краны К2 и К3 открыты на перемычку. После того, как исследуемое вещество помещено в емкость 16 и емкость с исследуемым жидким веществом подключена к стенду при прочих закрытых вентилях открывают вентиль В2 и В1. Вещество из емкости с исследуемым жидким веществом 16 будет активно испаряться, и конденсироваться в дополнительной азотной ловушке 21. При этом газы, растворенные в жидкости, будут пролетать азотную ловушку. Для ускорения процесса допускается подогревать вещество в емкость с исследуемым жидким веществом 16. Процесс ведется пока в емкость с исследуемым жидким веществом 16 не останется вещества, а прибор контроля разряжения (вакуума) 20 будет показывать значение менее 10 Па. После этого перекрывается кран К3, азотная ловушка отогревается, а емкость с исследуемым жидким веществом 16 помещается в жидкий азот. Для ускорения процесса ловушку также можно подогревать, после ее нагрева до температуры окружающей среды. Таким образом, вещество из ловушки переконденсируется обратно в емкость, но растворенных в нем газов уже содержать не будет.

Сущность метода измерения адсорбции заключается в следующем. На предварительно регенерированную при повышенных температурах навеску адсорбента, находящуюся в вакууме подают порцию газа из сосуда под давлением с газом, через систему редуцирования давления, или из емкости с исследуемым жидким веществом и выжидают некоторое время до достижения термодинамического равновесия в объеме, где находится адсорбент. При этом фиксируется давление и температура в системе и изменение массы навески адсорбента. По изменению массы навески адсорбента определяют количество адсорбированного вещества, с учетом поправки на Архимедову силу, в навеске адсорбента при данных (измеренных) давлении и температуре. Последовательно напуская порции газа (или пара) определяют зависимости адсорбции от давления при заданной температуре эксперимента.

Непосредственно измерения адсорбции газов и паров на Стенде производится следующим образом. Отбирают навеску адсорбента и регенерируют его. После подготовки адсорбента и веществ используемых для исследования, на плечо коромысла весов-компараторов, в ампуле которого находится навеска адсорбента устанавливают либо сосуд дьюара с термо- или хладагентом и теплообменником для поддержания температур равных и ниже температуры окружающей среды, либо термостат для поддержания температур выше температуры окружающей среды.

Проверяется вакуум в узлах газовых магистралей Стенда по прибору контроля давления, имеющему наименьший предел измерения 12, и прибору контроля разряжения (вакуума) 20. В случае, если разряжение в Стенде более 1 Па необходимо осуществить подготовку газовых линий стенда при использовании вакуумного поста, за исключением открытия вентиля В7 на весы-компараторы 7. Подготовку вести до требуемого давления. Перекрыть вентиль В4, или В1 в случае измерения адсорбции паров при использовании емкости с исследуемым жидким веществом 16, и открыть вентиль В8. Записать начальные показания приборов контроля давления 12 и 11, прибора контроля разряжения (вакуума) 20, открыть вентиль В9 и напустить в стенд газ из баллона 15, через редуктор 14, при этом необходимо осуществлять контроль за давлением в стенде по приборам контроля давления 12 или 11. Закрыть вентиль В9. В случае измерения адсорбции паров открыть вентиль В2, напустить в стенд пар и закрыть вентиль В2.

При необходимости напуска заданной порции пара используется калиброванная емкость известного объема 17. Для этого при закрытом вентиле В8 на весы компараторы, и открытом В5 производится напуск пара путем открытия вентиля В2 на емкость с исследуемым жидким веществом 16. Контроль за давлением в системе осуществляется по приборам контроля давления 11 и 12. При достижении требуемого давления вентиль В2 закрывается, выжидается время до установления термодинамического равновесия в калиброванная емкость известного объема 17, узлах газовых магистралей и приборов контроля давления. Записывается давление, вентиль В5 закрывается и давление из узла А и В скачивается до требуемого при использовании вакуумного поста, путем открытия вентиля В1. Затем известная порция газа, определенная по уравнению состояния вещества при известных объеме емкости, давлении и температуре, подается на весы-компараторы путем открытия вентиля В6.

После подачи порции газа или пара на весы-компараторы, выжидают до установления равновесных показаний веса по блоку компенсации веса 8 и прибору контроля и записи сигнала блока компенсации веса, например, мультиметру 9 и приборам контроля давления 12 и 11. Показания приборов записывают, при необходимости, или запись сигнала ведут в автоматическом режиме. После этого, осуществляют напуски газа или пара до требуемых величин давления или заданными объемами, до требуемых значений параметров адсорбционного равновесия. Таким образом получают изотерму адсорбции. Аналогичным образом получают изотермы десорбции, только в этом случае газ скачивается порциями при использовании вакуумного поста путем открытия вентиля В1 при исследовании адсорбции пара или В4 при исследовании адсорбции газа.

В случае измерения адсорбции при температурах ниже 273 K, плотность исследуемого вещества, как правило, становится настолько значительной, что вносит значительный вклад в изменение массы навески адсорбента, за счет ее выталкивания, т.е. действия Архимедовой силы. В связи с этим, при измерении адсорбции учитывают поправку на Архимедову силу, определяемую по калибровочному эксперименту с несорбирующим макетом, объем которого равен объему пробы адсорбента с учетом его микропор. При расчете адсорбции из экспериментально определенных величин изменения массы вычитают поправку на Архимедову силу, которая имеет отрицательный знак, определенных в одинаковых термодинамических условиях. Как правило, эти поправки имеют особое значение при измерении адсорбции азота при 77 K, и могут достигать нескольких процентов.

Изобретение может быть воплощено в других конкретных формах без отступления от его сути или существенных признаков. Поэтому данный пример осуществления изобретения следует во всех отношениях рассматривать как иллюстративный и неограничительный.

Настоящее изобретение относится к области измерительной техники и экспериментального изучения физико-химических свойств пористых материалов и может быть использовано для анализа структуры и адсорбции пористых материалов. Стенд для измерения адсорбции гравиметрическим методом включает в себя весы-компараторы, приборы измерения давления, приборы контроля разряжения (вакуума), сосуд под давлением с газом, систему редуцирования давления, систему калибровки приборов измерения давления, емкость с исследуемым жидким веществом, соединенные между собой узлами газовых магистралей, подключенными к вакуумному посту, содержащему основной вакуумный насос и азотную ловушку, при этом в узел из газовых магистралей, соединяющих весы-компараторы, приборы измерения давления, прибор контроля разряжения (вакуума), добавлено соединение с сосудом под давлением с газом через систему редуцирования давления и соединение с системой калибровки приборов измерения давления, в узел из газовых магистралей, соединяющих вакуумный пост, емкость с исследуемым жидким веществом, противодавление приборов измерения давления и весы-компараторы, добавлена калиброванная емкость известного объема, приборы измерения давления и калиброванная емкость известного объема помещены в термостат, поддерживающий температуру выше температуры окружающей среды не более чем на 20 K. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы стенда и точности измерений, а также повышение качества регенерации адсорбента. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Стенд для измерения адсорбции гравиметрическим методом, включающий в себя весы-компараторы, приборы измерения давления, приборы контроля разряжения (вакуума), сосуд под давлением с газом, систему редуцирования давления, систему калибровки приборов измерения давления, емкость с исследуемым жидким веществом, соединенные между собой узлами газовых магистралей, подключенными к вакуумному посту, содержащему основной вакуумный насос и азотную ловушку, отличающийся тем, что в узел из газовых магистралей, соединяющих весы-компараторы, приборы измерения давления, прибор контроля разряжения (вакуума), добавлено соединение с сосудом под давлением с газом через систему редуцирования давления и соединение с системой калибровки приборов измерения давления, в узел из газовых магистралей, соединяющих вакуумный пост, емкость с исследуемым жидким веществом, противодавление приборов измерения давления и весы-компараторы, добавлена калиброванная емкость известного объема, приборы измерения давления и калиброванная емкость известного объема помещены в термостат, поддерживающий температуру выше температуры окружающей среды не более чем на 20 К.

2. Стенд для измерения адсорбции по п.1, отличающийся тем, что вакуумный пост содержит дополнительный вакуумный насос и дополнительную азотную ловушку.

3. Стенд для измерения адсорбции гравиметрическим методом по п.1 или 2, отличающийся тем, что для измерения адсорбции при температурах выше 333 К в плечо коромысла весов-компараторов, содержащее исследуемый адсорбент, дополнительно вводится система снижения конвекционного обмена измеряемого вещества.

4. Способ эксплуатации стенда для измерения адсорбции гравиметрическим методом, в котором осуществляется предварительная подготовка навески адсорбента комбинированным методом, включающим последовательно термовакуумную десорбцию при температурах до 383К, вытеснительную десорбцию газом, термовакуумную десорбцию при повышенных температурах до 673 К, затем установка на плечо коромысла весов-компараторов, в ампуле которого находится навеска адсорбента, крио- или термостатирующего сосуда, контроль вакуума в стенде, при необходимости подготовка газовых магистралей стенда, после чего осуществляется напуск порции исследуемого вещества, ожидание достижения термодинамического равновесия в объеме, где находится навеска адсорбента, фиксация давления, температуры и изменение массы навески адсорбента, по которой определяют количество адсорбированного вещества, дальнейшие последовательные напуски порции вещества определяют зависимости адсорбции от давления при заданной температуре эксперимента.

5. Способ эксплуатации стенда для измерения адсорбции гравиметрическим методом по п.4, при котором для подготовки стенда к измерениям адсорбции паров жидкость для исследования дегазируют путем криовакуумной перегонки через дополнительную азотную ловушку.

6. Способ эксплуатации стенда для измерения адсорбции гравиметрическим методом по пп. 4, 5, при котором в процессе измерения адсорбции при температурах ниже 273 К учитывают поправку в величине адсорбции на Архимедову силу.