Диффузионная ячейка Советский патент 1979 года по МПК G01N13/00 G01N21/03 

(54) ДИФФУЗИОННАЯ ЯЧЕЙКА

Изобретение относится к области физики и химии, в частиости к измерительным устройствам, и предназиачено для измерения коэффициентов диффузии жидкостей и газов. Для измерения коэффициентов диффузии часто применяются диффузионные ячейки, содержащие пористую пластилу, разделяющую диффундирующие вещества. Особенно щирокое распространение полуЧИЛЛ1 диффузионные ячейки с пористыми пластинами в методах измерения коэффициентов диффузии жидкостей. Известна диффузионная ячейка для определения коэффициентов диффузии электролитов, состоящая из стеклянной камеры с парой электродов для измерения электрического сопротивления раствора. Тер.мостатирующая рубащка большого объема наполняется дистиллированной водой и служит верхним отделением диафрагменной ячейки, которое отделено от нижнего, .содержащего исследуемый раствор, пористым фильтром. Для выравнивания концентрации по обе стороны от фильтра используется магнитная мешалка. Недостатком известной ячейки является необходимость предварительной эталонировки ячейки, т. е. определение ее геометрической постоянной ПО бинарной системе с известными коэффициентами взаимной диффузии. Следовательно, метод измерения является относительным. Наиболее близким техническим решением является диффузионная ячейка стационарного метода. Она состоит из двух напорных сосудов, диффузионной ячейки, представляющей собой две полости, разделенные пористой перегородкой, и двух приемников. При медленном подъеме напорных сосудов (со скоростью 3 мм/ч) раствор и растворитель из них перетекают в полости диффузионной ячейки, и далее в приемники. Диффузионный поток находится по скорости -потока л-сидкости и концентрации на выходе из нижней ячейки. Описанное устройство обладает следующими недостатками. Как и в вышеописанном устройстве, требуется предварительная тарировка ячейки, т. е. метод измерения коэффициентов диффузии в данном случае является относительным. Нельзя абсолютно строго утверждать, что объемные потоки первого и второго компонентов через диафрагму равны между собой, т. е. осуществляется именно взаимная диффузия. Целью изобретения является измерение абсолютных значений коэффициента диффу зии. Для этого на выходе трубопроводов установлены дополнительные гидродинамические сопротивления. Схема диффузионной ячейка показана на чертеже. Диффузионная ячейка представляет собой два плоских трубопровода - верхний 1 и ниж-ний 2, соединенных каналом 3. К выходам трубопроводов и 2 присоединены дополнительные гидродинамические сопротивления 4 и 5. Диффузионная ячейка работает следуюЩИ1М образом. На вход верхнего 1 и нижнего 2 трубопроводов подаются при помощи специального устройства (на чертеже не показало) не.пульсирующие иотоки исследуемых жидкостей. Диффузия их осуществляется через соединительный канал 3. З.ная объемные скорости и концентрации каждого компонента на выходах из трубопроводов, по первому закону Фика рассчитывают коэффициенты диффузии. Ослабление влияния нестабильности внешних условий обеспечивается тем, что возникающая вследствие этой нестабильности разность давлений почти полностью гасится дополнительными сопротивлениями 4п5. Из чертежа видно, что разность давлений |На концах диффузионного пути, т. е. между точками Л и Л, равна ДРлл, - (АЯлв + РВС - (ДЯл.е, -f ДР.с.) Так как гидродинамическое сопротивление труболроводов 1 -ц 2 значительно меньше, чем присоединенных дополнительных сопротивлений, то перепад давления на этих сопротивлениях и 5 будет во много раз больше перепада давления на трубопроводах 1 и 2 на участках АВ и AiB соответственно, т. е. / 1 . ДРвс Таким образом ДРлл, ДРвс-Л/й.с. т. е. разность давлений на концах диффузионного лути определяется соотношением между величинами дополнительных гидродинамических сопротивлений 4 и 5. Чтобы предотвратить свободное перетекание жидкости из верхнего трубопровода 1 ячейки в нижний 2, на выходах из трубопроводов помещаются сосуды постоянного уровня (ОПУ) (на чертежах не указаны). При достаточно больщом различии между гидродинамическими сопротивлениям 4 и 5 будет заметной и разность высот между СПУ, при которой входные и выходные скорости в каждом из трубопроводов ячейки будут равными между собой, т. е. когда в ячейке будет осуществляться взаимная диффузия. Плавно меняя перепад высот между СПУ, можно задавать любое соотнощение между диффузионной и конвективной составляющими переноса, т. е. проводить измерения в различных системах отсчета. На диффузионной ячейке проточного метода с соединительными каналами в виде щелевых капилляров был измерен коэффициент взаимной диффузии бинарной системы вода-водный раствор этиленогликоля с концентрацией 0,067 объемных долей этиленгликоля при температуре опыта 22° С. /Полученные результаты в пределах ошибки эксперимента совпадают с табличными данными и с результатами, полученными относительно методом на ячейке с пористой перегородкой. Дополнительные гидродинамические сопротивления 4 и 5 дают возможность в диффузионной ячейке использовать любые типы соединительных каналов, в том числе и правильной геометрической формы (щелевые или круглые капилляры), что делает стационарной метод измерения коэффициентов диффузии абсолютным. Кроме того, возможность задавать любые соотношения между диффузионной и гидродинамической составляющими переноса существенно расширяет класс решаемых задач. Формула изобретения Диффузионная ячейка, включающая два трубопровода, соединенных между собой каналом, отличающаяся тем, что, с целью измерения абсолютных значений коэффициента диффузиии, на выходе трубопроводов установлены гидродинамические сопротивления.

/г,

2

J

J