Способ определения эффективного коэффициента диффузии Советский патент 1979 года по МПК G01N15/00 

мерения; изменения влажности воздушного потока. Наиболее близким по технической сущности к изобретению яьляется способ 3, заключающийся в том, что Парообразующую среду в виде жидкости отделяют от паропоглошающей среды горизонтально расположенным исследуемым пористым образцом с лиофобными поверхностями, заполненным инертным по отношеЖю к Ьбейм срёдам газЪм измеряют скорость диффузионного потока пара через образец, по которой рассчитывают искомый Коэффициент. При реализации этого способа необходимо создать и поддерживать разные температурньш уровни с обеих сторон образца, применять специальные сосуды для конденсации пара, обеспечить систему циркуляции охлаждающей жидкости. Кроме того наличие свободного воздуш н6го пространства и градиента температур между испытуемым образцом и сосудами в которых конденсируется пар, обуславливает наличие ко1Шективных потоков, интенсивность которых зависит от геометрии этого пространства и температурного градиента. Таким образом, величина паропроницаемости, измеренная указанным способом, будет определяться не только структурой образца, но и конкретными условиями измерения. Целью изобретения является повышение точности, ускорение процесса определения эффективности коэффициента цкф фузйи пара через пористый образец. Цель достигается тем, что по предла гаемому способу в качестве паропоглощ кмцей среды используют жидкость с упр гостью пара, меньшей, чем у парообразующей жидкости, жидкости приводят в контакт с образцом, а в качестве жидко ти, расположенной на верхней поверхност образца, используют жидкость с плотностью большей, чем плотность жидкости, расположенной снизу образца. Измеряют скорость диффузионного потока пара через образец и по ней рас считывают эффективный коэффициент диффузии пара. Отличительными признаками способа является использование в качестве паро поглощающей среды жидкости с меныце упругостью пара, чем у napoo6pa3yTOi щей жидкости, отсутствие зазора между указанными жидкостями и образцом, а также использование жидкости, располо женной на верхней поверхности образца 734 с бсхпее высокой плотностью, чем плотность жидкости, расположенной снизу. Применение в качестве паропоглощающей среди жидкости с упругостью пара, меньшей, чем у парообразующей жидкости, позволяет значительно упростить предлагаемый способ, поскольку обеспечиваются изотермические условия опыта, при этом отпадает необходимость в системе обеспечения постоянного потока воздуха с заданной влажностью или в системе термостатирования. Наличие непосредственного контакта поверхностей образца с двумя жидкостями (парообразующей и паропоглощающей), несмачивающими его, локализует процесс переноса пара внутри пористого образца. Это обеспечивает исключительно Диффузионный характер массопереноса и исключает погрешности, обусловленные конвективным переносом. Отсутствие конвективных потоков позволяет на основании измеренной скорости переноса пара рассчитать эффективный коэффициент- диффузии пара через пористый образец. Кроме того, сокращение пути переноса пара способствует ускорению измерения и повьшгению точности. Расположение жидкости с большей плотностью на поверхности образца обеспечивает стационарные условия диффузии, т.е. постоянство градиент концентрации, за счет непрерывного самопроизвольного перемещивания, вызываемого вггутренними конвективными потоками. При этом оказывается безразличным расположение вверху или внизу парообразующей и паропоглощающей жидкостей (при обязательном расположении наверху образца более плотной жид-N кости). При помещении снизу паропоглощаюшей ЖИДКОСТИ; жидкость, проникающая сверху через образец в вззде пара, имеет большую плотность и за счет внутренних конвективных потоков самопроизвольно перемешивается. При расположении паропоглощающей жидкости сверху образца также происходит самопроизвольное ее перемешивание за счет внутренних конвективных потоков, возникающих при переносе менее плотной жидкости через образец. Это перемешивание может быть интенсифицировано за счет прииудитель1НОГО перемешивания, например, с tiaмошью магнитной мешалки.

Выполнение способа иллюстрируется следующим примерЬм.

Определяют эффективный коэффшшент диффузии водяного пара через пористую пластину из политетрафторэтилена. Пористую пластину (пористость 30%) диаметром вО мм и толщиной 0,67 мм зажимают между двумя вертикально расположенными цилиндрическими стаканами. Уплотнение по периметру пластины осуществляют с помощью резиновых прокладок. Открывая поверхность 19 см. Нижний стакан заполняют дистиллированной водой таким образом, чтобы между поверхностью воды и диафрагмой не было воздущного зазора. Нижний стакан сообщается с мерной бюреткой. В верхний стакан на поверхность исследуемой пластины наливают 12 н. раствор ,КОН. Верхний стакан сообщается с атмосферой. По мерной бюретке, и секундомеру фиксируют скорость уменынения воды в нижнем стакане в результате переноса пара. Скорость диффузионного переноса па- ра вычисляют по формуле

га

1

5г

где: I - скорость диффузионного переноса,

m - масса продиффундировавшего пара за время Я: ,

S - площадь образца Эффективный коэффициент диффузии пара через пористый-Образец определяют из закона Фика .

ДС

1 -°л5Г

. где D - эффективный ксхэффициент диффузии,

С разность концентраций диффундирующего вещества (пара) на границах исследуемого образца, АХ - толщина образца. Отсюда искомый эффективный коэффициент диффузии рассчитывают по формуле

Н-Н)М

m-ax ВТ

ГТ.к ДС

D

M(R-Pa) RT

S-

где Т . - температура опыта;

R - универсальная газовая постоянная;

/Ч - молекулярная масса пара;

1 - давление насыщенного пара над парообразующей лоздкостью при те тературо Т;

1 - давление пара над паропоглощающим раствором при температуря Т.

В приведенном примере за 1 ч. убыль воды в нижнем сосуде составила 0,15 г. Температура опыта 21 С. Рассчитанный по этим данным эффектившзгй коэффициент диффузии пара черезфторпластовуюпластину равняется 1,110 см /с.

Используя предлагаемый способ, можно определить эффективный коэффициент диффузии водяного пара и через гидрофильный пористый образец. Для этого исследуемый образец помещают баз зазоров между двумя пористыми гидрофобными пластинами с заранее определенным эффективным коэффициентом диффузии пара через них, а затем проводят измерение по предлагаемому способу.

Осуществление предложенного спосо- ба возможно вследствие наличия у исследуемого образца лиофобных поверхностей.

Предлагаемым способом проводились определения эффективного коэффициента диффузии пара через пористые пластины, изготовленные из различных материалов, в щироком диапазоне температур при использовании различных парообразующих

и паропоглощшощих жидкостей.

Использование предлагаемого способа определения эффективности коэффицие1гга диффузии пара через пористый образец обеспечивает по сравнению с существующиш способами следующие преимущества: простота осуществле шя, повышение точности и воспроизводимости, уменьщение затрат времени.

Формула изобрения

Способ определения эффективного коэффициента диффузии пара через пористый образец, заключающийся в том, что парообразующую среду в виде жидкости отделяют от паропоглощающей среды горизонтально расположенным исследуемым пористым образцом с лиофобны- ми поверхностями, заполненным инертным цо отнощению к обеим средам газом, измеряют -скорость диффузногх) потока пара через образец, по которой рассчитывают искомый коэффицие 1т, отличающийся тем, что, с целые повьпиения точности и ускорения определения, в качестве паропоглощаю7 652473g

щей среды используют «падкость с упру-Источштеи: информации, принятые во

гостью пара, меньшей-, чем у. парообра -внимание при sKcnepri-iae

аующей жидкости, жидкости приводят в1. Патент США К 32865О9,

контакт с образцом, а в качестве жидкО«кл. 73-38, 1966, . ,

сти, расположешгой наверхней поверХ S 2, Авторское свидетельство

ностн образца, используют жидкос1-ь с№ 102719, кл, © 01 N 15/08, 1955.

плотностью, большей, чем плотность3. Авторское свидетельство

жидкости, расположенной ci-шзу образца.№ 271872, кло 6 01 N 15/00, 1970.