Способ определения скорости испарения Советский патент 1983 года по МПК G01N5/04 

Изобретение относится к экспериментальному определению испаряемост веществ и может быть использовано при исследовании кинетики испарения жидкостей, а его результаты при рас счете массообмённых процессов и аппаратов, связанных с испарением с о крытой поверхности. Известны различные способы исследования кинетики испарения, опре деляемые различным характером газообмена между паром и средой, в которую происходит испарение и методами регистрации количества испарившейся жидкости. Известен способ, в котором исследуемая жидкость наливается в сое диненный с чашечным манометром цилиндр, помещаемый в термостат. Интенсивность испарения определяется в закрытом не продуваемом сосуде по приросту давления внутри его. По ме ре роста давления скорость его изме нения уменьшается и, наконец, по истечении некоторого промежутка вре мени давление больше ,не увеличивает ся, достигая значения насыщения Е Недостатком этого способа являет ся то, что интенсивность испарения рассчитыйа;ется по изменению давлени которое, не характеризует изменение поля концентрации, и определяется в нестационарном режиме, что уменьшае точность измерений. Помимо этого интенсивность испарения зависит не только от природы испарякяцейся жидкости, но и от формы иразмеров®сосуда, в котором происходит испарени от размеров поверхности испарения. Обработка данных в этом способе.ори тирована на получение коэффициента диффузии, который хотя и связай со скоростью испарения, но не позволяе ее рассчитывать. Кроме того, недостатком известного способа является также то, что полученные в результате измерений данные непригодны для определения скорости испарения веществ при атмосферном давлении в условиях вентилируемых помещений при наличии по тока воздуха над поверхностью испарения. Широкое распространение в измерениях скорости испарения получили способы, в которых над поверхностью испарения создается потек среды (в частности воздуха) и определяется убыль вещейтва во времени. йаиболее близким к изобретению является способ измерения скорости испарения, включающий создание потока над поверхностью испарения, регулирование и измерение его тепловых и динамических Параметров, измерение убыли массы испарякяцегося вещества за время выполнения эксперимента, расчет на основании полученных величин значений скорости испарения C2j. Недостатками известного способа являются зависимость скорости испарения от формы, размеров поверхности испарения, от ориентации поверхности по отношению к направлению потока,.отсутствие непосредственной связи результатов эксперимента с полем концентрации, которое определяет скорость испарения, невысокая точность значений скорости испарения как следствие перечисленных выше.недостатков. Целью изобретения является повышение точности измерения скорости испарения за счет создания условий идеального смешения паров вещества со средой. Цель достигается тем, что согласно способу определения скорости испарения путем измерения убыли массы исследуемого вещества с продувкой над поверхностью испарения га зовой среды исследуемое вещество помещают в замкнутый объем, измерение убыли массы ведут непрерывно до постоянного значения, а продувку осуществляют с расходом, при котором концентрация CCQ в среде в замкнутом объеме имеет значение с-со(), где С - концентрация СО, на входе в замкнутйй объем; V - величина замкнутого объема ТГ - время продувки; « Q - расход газовой среды; 6 - основание натурального логарифма. На чертеже приведена схема устройства для осуществления способа. Устройство состоит из ванны 1 для исследуемогоВещества например, жидкости, которая помещена в замкнутый объем 2 и подвешена к коромыслу аналитических весов 3, капилляра 4 , предназначенного Для пополнения испарившейся жидкости, дифференциальной термопары 5, измеряющей разность температур Между испаряющей жидкостью и газовой средой в объеме с помощью автокомпенсационного микровольтнаноаМПерметра Р325, ртутного термометра б, для измерения температуры газовой среды, а также вспомогательной части, включающей компрессор 7, создающий поток газовой среды через замкнутый объем 2, баллон 8, содержащий регистрируемый компонент двуокись углерода, реометры 9 и 10, которые служат для контроля состава газовой смеси,, образующейся в камере 11 смешения,и поступаквдей на вход 12 замкнутого объема 2, газоанализатор 13, измеряющий концентрацию двуокиси углерода на выходе 14, регулирующие вентили 15 и- 16. Перед измерением скорости испарения замкнутый объем 2 продуваю газовой средой, состоящей из воздуха и двуокиси углерода (1%), р егулируя состав среды с помощью вен тилей 15 и 16 по показаниям реомет ров 9 и 10, и .измеряют изменение в времени концентрации двуокиси угле да на- выходе 14 из замкнутого объе ма. Расход газовой ср§ды, сохраняя .постоянной на входе концентрацию двуокиси углерода, изменяют до тех пор и в таких пределах) пока за- . висимость от времени концентрации СО на выходе не будет подчиняться соотношению ,. -tQ/V)r. с СоУ-е ;, которое свидетельствует о том, что в вентилируемом объеме установились условия, соответствукяцие идеальному смешению. Затем в ванну 1 через капилляр заливают исследуемую жидкость иуравновешивают ванну соответствующими разновесами. Через объем 2 пр дувают газовую среду, расход котор определен предварительно в соответ ствии с формулой {1).Во время продувки измеряют убыль массы исследу емой жидкости за .вные промежутки времени. Промежуток времени выбирают исходя из соображений приемле мой погрешности. Гдо 1%) измерения времени и массы. В измерени за равйые. промежутки времени испаряется различная масса исследуемой жидкости, что свидетельствует о не установившемся режиме испарбния. В дальнейшем процесс испарения стабилизируется таким образом, что убыль, массы за равные промежутки времени становится постоянной и по ченное постоянное значение убыли массы использ5пот для рассчета скорости испарения по формуле CQ FM(CS-C) полученной из уравнения материальн го баланса для случая испарения в объем идеального смешения Nac-QeFv,(C5-c)c C--Qcdr. (3) Концентрация паров исследуемой жидкостиодинакова во всех направлениях над поверхностью испарения вследствие идеальности смешения, поэтому скорость испарения, вычисляемая по формуле (2) , не -зависит от формы, размеров поверхности испарения, ориентации ее в простоан(1) стве, что повышает точность ее измерения . Пример . Измерения выполняются в замкнутом объеме, величина которого V 78,4 л. При его продувке газовой смесью (воздух-двуокись углерода) оказывается,, что зависимость от времени концентрации двуокиси углерода на выходе из замкнутого объема подчиняется соотношению (1) при расходах, лежащих в пределах Q 7-15 л/мин. Исходные данные для расчета скорости испарения толуола, полученные во время эксперимента: Площадь поверхности испарения S, см 13,2 Температура воздуха в замкнутом объеме. Т, К294,05 Температура испаряющей жидкости Т„,К 290,5 Барометрическое давление.Рр, атм 1.0079 Расход воздуха через замкнутый объем, Q, л/мин7,26 Убыль массы в установившемся режиме за одинаковые промежутки времени, равные 252 с, составляет G,. . ° Расчет скорости испарения проводят следующим образс 1. Давление насыщенных паров толуола PS при TC 290,OK К EfeBHO Pg 0,025 атм (справочная величина). Концентрацию насьиценного пара CU толуола определяют по формуле С |S- 0,0248 , S Концентрацию С паров толуола в объеме идеального смешения и на выходе замкнутого объема находят без помощи газоанализатора, по измерению убыли массы, что также повышает точность измерений скорости испарения. Действительно, в установившемся режиме-из замкнутого объема уносится масса вещества, равная массе испарившейся жидкости. За одну минуту в условиях данного опыта испаряется масса жидкости равна 0,014286 г. , Объем этой массы в t ooтJвeтcтвии с уравнением состояния идеального газа равен V ,014286-0, 294,05 1,0079 « 0,00371 л, где R - газовая поб оянная для тойуола, равная R « ру/д4.

R.. - универсальная газовая поJ3

стоянная R..82, S град.мол

молекулярный вес толуола

ХЛ1 9, 134 г/моль. При этом предполагают, что пар принимает температуру среды в Объеме, т.е. 294,05 К.

Таким образом, суммарный поток через объем равен U,,26+0,00371 7,26371 л/мин, а концентрация в зоне идеального смешения

| 1:§1ш- -°« -М

Расчет скорости испарения gt по формуле (2) дает

0,00а517263.71

13, г/О, 0248- 00051/

. 11,55 см /см минАналогичные расчеты при различных расходах продувочной среды, раздичньос поверхностях испарения и исходньос данных показывают, что полученнь1е значения скорости испарения совпадают в Пределах погрешности измерения (до 2%

Предлагаемый способ позволяет связать скорость испарен-ия с полем концентрации в пространстве, в котором происходит испарение; что . обеспечивает высокую точность получаeMtiX результатов Найденные дначения скорости испа4 енйя оказыва}0тся полезными тфи расчете процессов вентиляции, когда известен xap tKTep I . смешния над поверхностью испарения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ИСПАРЕНИЯ путем измерения убыли масс исслед амога бвцества с продувкой над поверхностью испарения Разовой среды, о т л и ю nt и и с я тем что, с п&пь поеглаенкя точности опре-, деления за счет схэздания условий идеального смешения паров в ества со средой, исследуемое вещество помеutatoT в замкнутый объем,. измерение убыли массы ведут tienpet araHO до по стоянного значения, а продувку газовой средой осуществляют с расходси4, при котором концентрация ° Рв де в замкнутом объеме имеет значение C Cod-E-), где Со - концентрация СО2 на входе в замкнутый Объем) V - величина замкнутого объема; 1Г - время продувкйГ Q - расход газовой среды;.. Р - основание натурального по;л гарифма.; - о