Способ измерения количественного состава жидких смесей Советский патент 1985 года по МПК G01N25/10 

I Изобретение етносится к способам измерения и может быть использовано для количественного контроля содержания компонентов в жидких смесях, преимущественнопри решении ряда важных народнохозяйственных задач, связанных с улучшением качества продукции и контролем используемого сырья в пищевой, химической, нефтехимической, медицинской и других отраслях промышленности, а также при решении вопросов, связанных- с охраной окружающей среды. Для измерения количественного состава жидких смесей {для определения концентрации компонентов смеси) используют способы, основанные на различных физических и физико-химических свойствах этих смесей: . денситометрический способ (определение сост ва путем измерения плотности), рефрактометрический (по величине показателя прелом ления), способы, основанные на измерении различных термодинамических параметров см си и т.п. Известен метод анализа смесей, состоящих из нескольких компонентов, например метод измерения одного и того же параметра при различных условиях 1. Однако при попытке применить этот мето для жидких смесей возникают трудности, связашгые с выбором проходящего метода анализа.. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ измерения количественного состава жидких смесей, закл10чаю1цийся в том, что изменяют темпеI, (-.T,)(LHCp,;Tj-Cp ;T -)

дТ

(UoCpo(Poi-,S P;itX;,Tj

N

г х.и M,.,,,N-I

Где

номер измерения;

j

молекулярный вес i -го компонента;

pj;средний молекулярный вес газа атKмосферы;

ijixiJjb

парциальное давление i -го компонента в j -м измерении, (П Ь;удельная теплота испарения i -го компонента, Дж/г;.50

pri удельная теплоемкость -го компонента в парообразном состоянии, Дж/г град;

удельная теплоемкость i -го компонента в жидком состоянии,55 Дж/г град;

po удельная теплоемкость газа атмосферы, Дж/г град:

(О

Т; - абсолютная температура поверхности жидкости в j -м измерении D, - абсолютная температура окружаю;щей среды (атмосферы) в -м

измерении;

лТ; Tg:-T-,Xj - относительная весовая концентрация t -го компонента; PQJ - давление окружающей среды в

j -м измерении.

В случае, когда компоненты смеси по своим физико-химическим свойствам приближаются к идеальным жидкостям, зависимость парциальных давлений от состава вы ражается простым законом

PijlX,,Tj)-X;P,.,(T), 2) 4 ратуру внешней среды и измеряют температуру испаряющейся жидкости, соответствующую каждой температуре внешней среды 2. Однако известный способ не всегда точен, так как для увеличения точности анализа (особенно многокомпонентных смесей), необходим щирокий диапазон температур, что в ряде случаев невозможно или приводит к искажению конечного результата. Целью изобретения является повышение точности измерений путем уменьшения величины интервалов между температурами окружающей среды. Эта цель достигается тем, что согласно способу измерения количественного состава жидких смесей, заключающемуся в том, что изменяют температуру внешней среды и Измеряют температуру испаряющейся жидкости, соответствующую каждой температуре внеишей среды, одновременно с изменением температуры производят изменение давления окружающей среды, знак которого противоположен знаку изменения температуры. Измерение температуры испаряющейся по верхности жидкости проводят при различных давлениях и температурых окружающей среды. Количество измерений не меньше N -I, где N - количество компонентов смеси. При этом концентрации компонентов определяются из решения следующей системы уравнений, описывающей равновесное состояние между жидкой фазой и парами жидкости в атмосфере:

3

где Pg; . - давление насыщенного пара чистого t -го компонента при температуре Т , которое легко определяется по известным зависимостям. Определение концентраций при этом сводится к решению системы линейных алгебраических уравнений.

В случае неидеальных жидкостей решение системы (1) следует проводить итерационными методами с использованием заранее известных функциональных зависимостей ijlxiJO1335244

Измерения необходимо выполнять в таких интервалах температур и давлений, чтобы обеспечить заданное разрешение по концентрациям.

5Работоспособность предлагаемого способа

иллюстрируется на примере определения количественного состава трехкомпонентной смеси толуол-бензол-четыреххлористый уг10 лерод. Термодинамические характеристики компонентов смеси приведены в табл. 1.

Таблица 1

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА даЩКИХ СМЕСЕЙ, заключающийся в том, что изменяют температуру внешней среды и измеряют температуру испаряющейся жидкости, соответствующую каждой температуре внешней среды, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений путем уменьшения величины интервалов между температурами окружающей среды, одновременно с изменением температуры производят изменение давления окружающей среды, знак которого противоположен знаку изменения температуры. g

1,13

1,05

СбНб

ecu 0,54 При температуре окружающей среды Т 300° К и давлении РО 10 Па температуре поверхности Т 277° соответствуют по крайней мере два состава смеси с концентрациями компонентов Х,,1; 0,6; 0,3 и 0,3; 0,2; 0,5, а температуре Т 279° - 30 Как видно из табл. 2 у изменение давления на 1,33-10 Па при фиксированной тем пературе TO приводит к изменениям температуры Т в среднем на 1,4°.. При изменени температуры Т при фиксированном давпении наблюдается изменение температуры по верхности на 5. При одновременном изменении температуры и давления температура поверхности меняется на 6,4. Подобш 1е изменения температур являются достаточно большими для того, чтобы зафиксировать их с использованием современной измерительной техники с необходимой точностью. Одновременное изменение давления позволяет идентифицировать смеси различного состава и приводит к заметному сокращению необходимой величины интервала изменения температуры.. Это является существенным..

364,3

92 78 393,6 209,3

152 2 смеси с концентрациями 0,4; 0,3; 0,3 и 0,3; 0,5; 0,2. В табл. 2 приведены величины измеряемой температуры поверхности при различных измерениях температуры То и давления РО для смеси с концентрациями X, 0,1; 0,6; 0,3. Таблица 2 например, при анализе термически неустойчивых соединений. Возможность уменьшения температурных интервалов иллюстрируется на следующем примере. Имеется трехкомпонентная смесь: ацетон-диэтиловый эфир-уксусноэтиловый зфир с концентрациями компонентов ,1; Х,0,1; X ; 0,8. В зтом случае при давлении РО « 8,10 Па и TQ -300° имеем ДТ 15°. Для того, чтобы получить лТ 25° при том же давлении, температуру Тд необходимо поднять до 325°, но понизив давление в два с половиной раза, температуру Iff необходимо поднимать всего до 305°. Предлагаемый способ обладает существеной эффективностью при его использовании

S1133524

в различного рода автоматических системаххимической и других отраслях лромышленрегулирования и контроля, что приводит . ности, улучшает контроль за состоянием к экономии сырья в пищевой, медицинской,и охрану окружающей среды.