Способ определения сорбции и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01N7/04 

Изобретение относится к экспериментальному исследованию физико-хи- мических свойств газов, жидкостей и твердых тел, в частности к лабораторной технологии и технике, и может быть использовано для исследования сорбционных процессов в гетерогенных системах газ - жидкость, газ - твердое тело, жидкость - твердое тело, жидкость - твердое тело - газ.

Цель изобретения - повышение точности определения сорбции.

В адсорбер, содержащий исследуемый сорбент и компенсирующий сосуд, имеющие части с изменяемым объемом, помещают при одинаковом давлении исследуемый флюид, разница между помещаемыми количествами которого dm (в

единицах массы) известна. Затем изме ряют температуру, давление флюида, а также разницу dv объемов, занятых флюидом адсорбера и компенсирующего сосуда при одинаковом давлении в них. Температуру Т неизменяемых и равных ( между собой с учетом объема сорбента частей адсорбера и компенсирующего , сосуда при необходимости устанавлива- ют отличной от температуры Т изменяемых частей адсорбера и компенсирующего сосуда. Количество сорбированного флюида вычисляют по уравнению

a(p,T)dwQ(p,Tv)-dm, (1)

гдеб(р,Ту) - реальная плотность флюида при давлении р и температуре Т, вычис J

W № tO

СдЭ W

ленная по уравнению состояния флюида (например, для благородны газов

Z(&, Tbl+Z b.-Kt-. б ,

i

где Z - сжимаемость;

Ъ ,( - константы данного газа; L - приведенная температура) или по табличным данным.

Затем изменяют один из параметров сорбционного равновесия - температуру Т или давление р (при соблюдении условия одинаковости давлений флюидов в адсорбере и компенсирующем сосуде) и снова проводят описанные операции для определения сорбции в этих новых условиях0

На чертеже представлена схема устройства .

Устройство для реализации способа включает помещенные в термостат 1 адсорбер 2 с конденсированным сорбентом (и жидким или твердым) и компенсирующий сосуд 3, внутренний объем которого равен внутреннему объему адсорбера без объема сорбента, которые сообщаются через вентили 4 и 5 с системой напуска исследуемого флюида и вакуумной установкой Каждый адсдрбер 2 и компенсирующий сосуд 3 сообщаются с одной стороной волюметров 6 и 7, другие стороны которых соединены между собой и через вентил 8 сообщаются с задатчиком 9 давления, в качестве которого может использоваться, например, масляный плунжерный насос с электрическим манометром. Для измерения теплот сор- бционно-десорбционных процессов адсорбер 2 и компенсирующий сосуд 3 помещаются в калориметрические ячейки 10 и 11.

Измерения осуществляют следующим образом.

Установку вакуумируют. Затем заполняют раздельно адсорбер 2 и компенсирующий сосуд 3 одинаковым количеством исследуемого флюида через вентили k и 5, после чего последние закрывают.Термостатом 1 устанавливают необходимую температуру в адсорбере 2 и компенсирующем сосуде 3. Термостатом 1 может служить любой активный термостат, например термостат калориметра. Остальные части установки термостатируют либо при этой же

температуре, либо при другой при помощи второго термостата.

После открывания вентиля 8 задатчиком 9 давления устанавливают требуемое давление флюида в адсорбере 2 и компенсирующем сосуде 3, воздействуя на него посредством технологической среды задатчика через гибкие

мембраны волюметров 6 и 7- Регистрируют по показаниям волюметров 6 и 7 разницу величин объемов, связанных с адсорбером 2 и компенсирующим сосудом 3. Эта разница AV, равная разнице между объемом флюида, находящегося вне сорбента в адсорбере 2,и объемом флюида, находящегося в компенсирующем сосуде, определяет величину сорбции (так как начальные количества флюида одинаковы)

а(р, T)fiv-pЈp(p, Tv)

(2)

гдерф(р,Ту) - плотность флюида при давлении р и температуре флюида Т в волюметрах 6 и 7. Одновременно с измерением сорб- ционных функций (1) проводится измерение тепловых эффектов,, сопровож- дающих сорбционные процессы при заданном изменении параметров сорбционного равновесия Например, при изменении р на некоторую величину dp, количество сорбированного вещества а изменяется на величину da и в ыде- ляется теплота $( этого процесса, измеренная при помощи калориметра, что позволяет определить, например, дифференциальную теплоту сорбции

40

л М 4d da

(3)

важную энергетическую характеристику сорбционных процессов в гетерогенных системах, |

Равенство давлений флюида в адсорбере 2 и компенсирующем сосуде 3, обеспечиваемое применением волюметров 6 и 7, соответствующие стороны

которых соединены, позволяет проводить корректные измерения количества сорбированного флюида и теплот сорбционных процессов, так как при этом процессы сжатия или расширения

флюида, находящегося вне сорбента в адсорбере 2, и флюида, находящегося в компенсирующем сосуде 3, совершенно идентичны. Поэтому теплоты этих процессов, происходящих во флюиде,

5

равны. Калориметр регистрирует поэтому при работе по дифференциальной схеме количество теплоты, связанной только с процессом сорбции. Теплота сжатия или расширения флюида може превышать по абсолютной величине теплоту собственно сорбционного процесса .

Точность измерений этим способом зависит только от классов точности волюметров, датчиков давления, температуры, калориметра и вторичных приборов.

Предлагаемый способ и устройство реализованы на адсорбционно-калори- метрической установке высокого давления, созданной в лаборатории равновесной адсорбции о Сорбционные систем могут быть исследованы на этой установке в интервалах температур 300- 500 К давлений 0-30 МПа.

В качестве примера исследуют системы вода - гидрофобный мезопористый сополимер дивинилбензола и стирола. , В одинаковые ампулы адсорбера и компенсирующего сосуда помещают соответственно образец полимера массой 0,4518 г и инертный макет с объемом, равным объему образца полимера. Затем адсорбер, компенсирующий сосуд и присоединенные к ним измерители объема вакуумируются в течение 8 ч при комнатной температуре Ампулы сосудов помещают в дифференциальный калориметр, служивший для них и термостатом. Измерители объема находятся в другом термостате Из заготовительной части установки в адсорбер и компенсирующий сосуд подают трижды дистиллированную воду через вентили, которые затем запираются. За- датчиком давления, роль которого выполняет грузопоршневой манометр, создается в сосудах через измерители объема давление 6,0 МПа. При таком давлении сорбции воды в порах полимера еще не происходит, так как давление в гетерогенной системе меньше, чем давление Лапласа, определяемое максимальным размером пор. В таком состоянии при помощи измерителей

32233б

объема определяют разность объемов dvj,, а затем вычисляют поправку - разницу количеств воды dm, помещенной в оба сосуда: dm dv0-|), где 0 - плотность воды при Tv 55°C (температура во втором термостате), р 6,0 МПа (,8978 г). После этого давление увеличивается на некоторую

.д величину (0,1 МПа), и после паузы, необходимой для установления сорбционного равновесия, производится отсчет показаний измерителей объема и задатчика давления. Таким образом, давление повышается до 8,6 МПа. Во время перехода в новое сорбцион- ное состояние калориметр регистрирует сигнал, пропорциональный выделяющейся теплоте сорбции. По форму20 ле (1) для всех состояний сорбционного равновесия рассчитывается величина сорбции.

15

Формула изобретени

1.Способ определения сорбции, включающий заполнение флюидом адсор- бера и компенсирующего сосуда под одинаковым давлением, измерение температуры и давления флюида, определение количества сорбированного флюида, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, определение количества сорбированного флюида ведут путем измерения разности объемов флюидов при одинаковом давлении в адсорбере и компенсирующем сосуде.

2.Устройство для определения

сорбции, включающее адсорбер и компенсирующий сосуд, задатчик давления, вентили, приспособление для измерения количества сорбированного флюида, подсоединенное к сосудьм о т л и чающееся тем, что, с целью повышения точности, приспособление для измерения количества сорбированного флюида выполнено в виде волюметров, соединенных между собой, а задатчик давления подсоединен к волюметрам.

i/ PQ

Изобретение относится к области экспериментального исследования физико-химических свойств газов, жидкостей и твердых тел и позволяет повыг сить точность определения сорбции. Способ включает помещение флюидов в адсорбер и компенсирующий сосуд, измерение температуры и давления флюи- да, измерение величины разности объемов флюидов при одинаковом давлении в адсорбере и компенсирующем сосуде. Устройство для определения сорбции включает адсорбер и компенсирующий сосуд, задатчик давления, дозировочные вентили, приспособление для определения количества сорбированного флюида, выполненного в виде вольтметров, соединённых между собой,и задатчик давления подсоединен к вольтметрам. Равенство давлений флюида в адсорбере и компенсирующем сосуде, величина которых устанавливается за- датчиком давления, позволяет произво- .дить измерения объема сорбированного флюида. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. (Л