Способ фотометрического определения удельной поверхности контакта фаз газожидкостной эмульсии Советский патент 1990 года по МПК G01N21/47 G01N15/02 

Изобретение относится к области измерительной техники и приборостроения и может быть использовано в раз-личных отраслях народного хозяйства для определения удельной поверхности контакта фаз газожидкостных эмульсий, а также суспензий и эмульсий жидкость - жидкость.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На чертеже показана принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ..

Устройство состоит из двух светопроводов 1 и 2, установленных на рас- Ьтоянии L один параллельно другому, источника 3 излучения, фотсэприемника 4 и вторичного прибора 5.

Измерения с помощью устройства осуществляются следуюшдм образом.

От источника 3 излучения световой Поток проходит по светопроводу 1, параллельным пучком через слой исследуемой среды толщиной L. где он Частично рассеивается и поглощается. Достигает светопровода 2 и по нему поступает на фотоприемник 4, где све- сигнал преобразовывается в электрический и регистрируется вторичным прибором 5.

: При осуществлении способа в качест- В|е источника излучения используют источник ИК-изл чения, в качестве све- тЬпроводов - гибкие волоконные свете- В|оды, в качестве вторичного прибора - м|арлиамперметр.

: Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно измеряются (при необходимости) показатели преломления жэдкой и газовой фаз п. и п любым и|звестньм способом, причем для многих веществ эти .характеристики известны и могут быть приняты из литературы. Затем измеряют мутности любым извест- HJ3IM способом или с помощью устройства. По определению мутность - это в№1чина, обратная расстоянию, на кЬтором интенсивность света снижается в е раз. Таким образом, для определения мутности измеряют интенсивность с.рета EJJ сомкнутых светопроводах, а затем - Е при светопроводах, от- стоящих на расстоянии L и помещенных

1612245 где

10

Е

15

20

25

30

. в исследуем;ю средуГ а мутность Т ) 35 диаметр пузьфей или Р ссчитьшаюГпо .,nnLL ь может быть .рассчитан предварфссчитьшают по формуле

- основание натурального ло рифма;

Cf - газосодержание, об. доли; L - тол1чина просвечиваемого

слоя среды, м;

Е - интенсивность света, прош щего через слой дегазиров ной жидкости, лк; интенсивность света, прош шего через слой газожидко ной эмульсии, лк; т мутности дисперсионной сре

и дисперсной фазы, . В устройстве для фотометрическог определения удельной поверхности ко такта фаз, содержащем источник излу чения, светопроводы и фотоприемник, расстояние меящу светопроводами находится в диапазоне

d L 2 d,

где d - максимальный диаметр газово го пузыря.

Диапазон значений зазоров d : L 2 d обосновывается тем, 4Td на п ти прохождения светового луча не до жна находиться одна частица дисперс ной фазы в тени другой. (L 2 d) и частицы (пузьфи, капли) нё должны деформироваться при прохождении меж световодами, а тем более обтекать рабочую зону зона ().

Максимальньй диаметр пузырей или

рительно, исходя из многочисленных зависимостей, основанных на удельной диссипации энергии в аппарате, диа - метре барботажных отверстий и пр. Кроме того, контроль с помощью осцил лографа позволяет оценить, проходят ли через зазор два пузыря одновременно или нет. При одновременном про ходе на осциллограмме видны наложения .

f

е (ЕО - ЕО)

r;ke е

40

ЕГТь

основание натурального логарифма.

Измерения проводят для дисперсной Фйзы и для дисперсионной среды. Мут- нфсти наиболее часто употребляемых в П роизводствах веществ могут быть при- 45

нАты из литературы. Для определения удельной поверхности контакта фаз датчик сначала помещается в сплощную дегазированную среду (дисперсионную фа- з;у) и измеряется интенсивность про- 50 шедшего через ее слой спета Е,,, а за- Т(&м - в газожидкостную эмульсию и из- М(6ряется интенсивность света Е. Одно- в)еменно измеряется газосодержание ( любым Известным способом.

Удельную поверхность А контакта ФАз определяют по формуле

рительно, исходя из многочисленных зависимостей, основанных на удельной, диссипации энергии в аппарате, диа - метре барботажных отверстий и пр. Кроме того, контроль с помощью осциллографа позволяет оценить, проходят ли через зазор два пузыря одновременно или нет. При одновременном проходе на осциллограмме видны наложения .

Практически в любом аппарате имеется распределение пузьфей по размерам, например в аппарате с мешалкой мелкие пузыри - в зоне мешалки, а крупные - в периферийных зонах аппарата. Условие d L 2 d позволяет 1 проводить измерения в любой точке аппарата, регулируя величину L.

Кроме того, предлагаемый способ 55 может быть использован для определения удельной поверхности контакта фаз любых гетерогенных систем. Если приvi/tiio ищ см ллпд IIU ujuuMVJit;г,,«к.

4(е-1П1п{Е /E)-L. г . СР I ПЧ Лгетерогенных систем. Если при

А -i - J-JJ-l iE /E) L J,. ( еж (1-)Jнять рассеянньй дисперсными частица.

LI J .ми свет за фиктивно поглощенный, то

612245 где

10

Е

15

0

5

0

5 диаметр пузьфей или ь может быть .рассчитан предва- основание натурального логарифма;

Cf - газосодержание, об. доли; L - тол1чина просвечиваемого

слоя среды, м;

Е - интенсивность света, прошед- щего через слой дегазированной жидкости, лк; интенсивность света, прошедшего через слой газожидкост- ной эмульсии, лк; т мутности дисперсионной среды

и дисперсной фазы, . В устройстве для фотометрического определения удельной поверхности контакта фаз, содержащем источник излучения, светопроводы и фотоприемник, расстояние меящу светопроводами находится в диапазоне

d L 2 d,

где d - максимальный диаметр газового пузыря.

Диапазон значений зазоров d : L 2 d обосновывается тем, 4Td на п у- ти прохождения светового луча не должна находиться одна частица дисперсной фазы в тени другой. (L 2 d) и частицы (пузьфи, капли) нё должны деформироваться при прохождении между световодами, а тем более обтекать рабочую зону зона ().

Максимальньй диаметр пузырей или

диаметр пузьфей или ь может быть .рассчитан предварительно, исходя из многочисленных зависимостей, основанных на удельной, диссипации энергии в аппарате, диа - метре барботажных отверстий и пр. Кроме того, контроль с помощью осциллографа позволяет оценить, проходят ли через зазор два пузыря одновременно или нет. При одновременном проходе на осциллограмме видны наложения .

5 1612245

можно для любой гетерогенной системы записать простое соотношение

In (Ер/Е) С- мутность анализируемой си стемы, - длина пути светового луча

в анализируемой системе, м начальная интенсивность света, лк;

- интенсивность света, прошедшего через слой анализируемой системы, лк. любой гетерогенной системы . ь (/ можно выразить уравнением

f

0 - 0

(1-(f,)V ,

,

-мутность дисперсной фазы,

-мутность дисперсионной среды, м ;

- объемная доля дисперсной фазы;

5

рас мутность, создаваемая за счет рассеяния света поверхностью дисперсных частиц.

Величина- С рас может быть определеИСХОЛЯ Ич пггтмтт лг л« -л.:

на исходя из оптических свойств сред и формы дисперсных частиц. Так, например, .для дисперсных частиц сфери- р ческой формы с коэффициентом преломления п меньшим, чем коэффициент

преломления сплошной фазы п

С

15

л 6 (-Рд е Г . -1 fac Ad(ri-) l - K/n)J

где d - диаметр дисперсной частицы, м.

На основании приведенных уравнении и принимая во внимание известную 2Q .зависимость

А бСР

А,

получают выражение для определения поверхности контакта фаз указанной 25 системы:

Изобретение относится к измерительной технике и приборостроению и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для определения удельной поверхности контакта фаз газожидкостных эмульсий, а также суспензий и эмульсий жидкость-жидкость. Цель изобретения - повышение точности измерений, расширение области применения и упрощение способа. Измеряют любым известным способом или принимают из справочной литературы показатели преломления жидкой и газовой фаз N_ж и N_г и их мутности Τ_ж и Τ_г, а удельную поверхность контакта фаз определяют по формуле А=4(е-1)[LN(Е_о/Е)-L^.Τ_г^.φ-L^._ж(1-φ)]/ е^.L^.[1-(N_г/N_ж)²], где е - основание натурального логарифма

φ - газосодержание, объемные доли

L - толщина просвечиваемого слоя среды, м

Е_о - интенсивность света, прошедшего через слой дегазированной жидкости, лк

Е - интенсивность света, прошедшего через слой газожидкостной эмульсии, лк. При этом величина L должна удовлетворять зависимости DΛ≤2D, где D - максимальный диаметр газового пузыря. 1 ил., 2 табл.

А )ln(Eo/E) - L L - е

Таким образом, способ может быть применен для определения поверхности контакта фаз любых гетерогенных систем с известной или идентифицированной формой частиц, что позволяет определить величину 6 рдсИзмерения проводят на экспериментальном стенде. Определяют локальные . значения поверхности контакта фаз в аппарате с мешалкой. Газосодержание определяется по изменению уровня перемешиваемой среды и принимается равномерным по объему аппарата. В каче- светопроводов используют гиб- кие стекловолокнистые световоды, а в качестве светоприемника - фотодиод.

Исследования проводят на средах с очень малыми мутностями (вода, водные растворы ПАВ, воздух) , где t),. : «С;((0,001 м, поэтому слагаемыми, содержапщми эти члены, пренебрегают. Поскольку ток I в цепи фотодиода прямо пропорционален интенсивности светового потока Е, падающего на него, расчетная формула упрощена и имеет вид

А

4 Се-1) In .(lo/I) L- ер - (Пг/п)П

eg. Ч - L )

V (n;/n)2j

Диаметр пузырей

30

уравнению

d А

35

0

Пример 1. Определена величина газосодержания ( 0,09. Измерения проводят при расстоянии между . световодами L 0,0105 м. Используют справочные данные, показатель преломления воздуха пр 1,00; показатель преломления П; 1,33.

Результаты измерений и расчетов приведены в табл. 1.

Пример. 2. Измерения йррво- 5 дят при величине газосодержания (р 0,07 и расстоянии между световодами L 0,006 м. Используют справоч-. ные данные: показатель преломления воздуха п Т,00; показатель пр елом- ления 5%-ного водного раствора ПАВ п

0

Ж 1.33.

Результаты измерений представлены в табл. 2.

Дня оценки результатов измерений 5 по предлагаемому способу параллельно проводят измерения удельной поверхности контакта фаз кондуктометричес- ким способом и диаметра пузырей фотографическим способом.

В табл, 2 приведены измерения, выполненные в тех же точках аппарата, но при этом в воду добавлено ПАВ.

Размеры пузьфей, полученные фотографическим способом, хорошо согласу- с размерами, полученными фотоме- 1|рическим способом.

I Таким образом, при реализации спо- 4оба повышается точность измерения} с|пособ упрощается и расширяется об- jjacTb его применения. i Способ можно эффективно использо- ать при проведении научно исследо- ательских работ, а также при опреде- J|eнии параметров газожидкостной

мульсии в промышпенных аппаратах, то позволяет оптимизировать технологический процесс.

20

рмула изобретения

пособ фотометрического определе- удельной поверхности контдкта фаз жидкостной эмульсии, заключающий-А i gHll- llLjEp/E) - L., -Ф-Ь-ож (i-(f)l

е L 1 - (Пг/п)23

основание натурального логарифма;

интенсивность излучения, прошедшего через слой дисперсионной среды, лк; интенсивность излучения, прошедшего через слой газожидкостной эмульсии, лк; толщина слоя среды, м;

где d - максимал

го пузыр

а.удельную повер вычисляют из вьф

Е

30

35

Ср - мутност ( - величин

. об.доли

мутност ды, м ;

п р - показат персной

п.- показат персион

излучение, измеряют интенсивность излучения, прошедшего через слой эмульсии, направляют излучение той же интенсивности на слой дисперсионной среды той же толщины, измеряют интенсивность излучения, прошедшего через указанный слой среды, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, дополнительно измеряют величину газо - содержания, мутность дисперсионной среды и мутность дисперсной фазы,- измерения проводят для слоя эмульсии толщины L, лежащей в диапазоне значений

d L « 2 d.

где d - максимальный диаметр газово-

го пузыря,

а.удельную поверхность А контакта-фаз вычисляют из вьфажения

,-.

Ср - мутность дисперсной фазы, ( - величина газосодержания,

. об.доли; .

мутность дисперсионной среды, м ;

п р - показатель преломления дисперсной фазы;

п.- показатель преломления дис- персионной среды.