Способ и прибор для оценки физико-химических свойств жидкостей Советский патент 1947 года по МПК G01N23/02 

Способ и прибор для оценки физико-химических свойств

Заявлено 25 марта 1946 года в Министерство нефтяной промышленности южных и западных районов СССР за № 9 (344713)

Опубликовано 31 августа 1947 года

При оценке физико-; илшческих свойств жидкостей в научно-исследовательских и заводских лабораториях обычно применяют различные методы, которые позволяют относительно быстро и просто определять различные характеристики, как-то: плотность, вязкость, температуру кипения, молекулярный вес, теплотворную способность, поверхностное натяжение, разгонку по фракциям и т. п.

Несмотря на большую практическую ценность указанных характеристик, они все же могут только приближенно оценивать физико-хилшческие свойства жидкостей, в особенности неоднородных. Поэтому представляют интерес исследования жидкостей, характеристики которых позволили бы быстро и более точно определять без химического анализа физико-химические свойства разных жидкостей.

Предлагается способ оценки физико-химических свойств жидкостей, в частности оценки их горючих свойств, согласно которол у свойства жидкости определяют по скорости

21 Свод в. 8.

жидкостей

испарения исследуемой жидкости со свободной поверхности за счет тепла реакции печи-излучателя с постоянной температурой поверхности излучения.

Для осуществления указанного способа согласно изобретению предлагается прибор, выполненный в виде сосуда для исследуемой жидкости, соединенного с мерной бюреткой, установленной над этим сосудом -печиизлучателя.

На фиг. I изображена схема прибора для осуществления способа, на фиг. 2 - общая схема установки прибора, на фиг. 3 - печь-излучатель и на фиг. 4 - схема другой конструктивной формы выполнения прибора. Известно, что для испарения жидкости тепло от печи-излучателя передается к поверхности жидкости только радиацией, так как непрерывный поток образующихся паров с поверхности жидкости мешает передаче тепла посредством теплопроводности. Скорость теплового потока, передаваемого теплопроводностью через слой пара во много раз меньше

321 г скорости пара, поднимающегося с поверхности жидкости навстречу тепловому мотору. Резкое ул1еньшение удельного веса пара при подъеме его поверхности жидкости в сторону печиизлучателя не дает возможности передачи тепла конвекцией. При проведении опытов по испарению различных жидкостей было также замечено, что при одной и той же высоте от поверхности жидкости поверхности излучения и одной и той же температуре последней, количество тепла, воспринятое одной и ой же свободной поверхностью разыми жидкостями, было различно. тим было доказано, что разные жидости имеют различные по численным начениям коэфициенты теплового изучения. Кроме того, все тепло, воспринятое оверхностью жидкости путем радиаии от печи-излучателя, при устаовившемся режиме, полностью расодуется на испытание жидкости по равнению Q ССР(tn - /.«:) кал1м час, е Q - количество тепла, воспринятое поверхностью жидкости в кал/м-чис; L - весовая скорость испарения жидкости в м /час; г - скрытая теплота испарения жидкости в кал/кг; ССР - средняя теплоемкость жидкости в кал/кг; tn - температура жидкости поверхности при испарении в °С; /да; - температура жидкости перед опытом в °С. есовая скорость испарения (L) еделяется из уравнения -УТЩ- кг/мЧас у - удельный вес жидкости в кг/м, V-линейная скорость испарения жидкости в мм/час которая по экспериментальным данным определяется по уравнению y -i мм1час, 2 - время в часах, Л-толщина испарившегося слояжидкости в мм. Из вышеизложенного видно, что скорость испарения жидкости со свободной поверхности за счет тепла печи-излучателя, установленной над жидкостью, зависит от скрытой теплоты парообразования, теплоемкости, коэфициента теплового излучения и от температуры начального подогрева жидкости. Таким образом, по величине скорости испарения жидкости со свободной поверхности можно оценивать качество различных жидких топлив для двигателя внутреннего сгорания, для различных промышленных топок и т. п., так как эта величина правильно отражает картин} поведения жидкого топлива при горении. Прибор для оценки фнзико-химкческих свойств жидкости состоит из печи А (фиг. 1) с излучающей пластиной 7, коэфициент излз/чения которой известен, и из кварцевого сосзда В, в который наливается исследуемая жидкость 4, верхняя кромка которого отшлифована. В верхней части сосуда В имеется рубашка 3, из которой выкачен воздух и сделано посеребрение, как у сосуда Дюара. Поэтому потери тепла в окружающую среду практически можно считать равными нулю, причем, благодаря этому }стройству температура поверхности жидкости во всех точках плоскости (как в центре, так и у кромки сосзда) одинакова. Для определения скорости испарения с единицы свободной поверхности за счет тепла, воспринятого от излучателя П3тем радиации, кварцевый сосуд, установленный с печью А на штативе 5 (фиг. 2), соединяется резиновым шлангом с мерной бюреткой С, благодаря которой уровень жидкости в сосуде В во все время опыта всегда поддерживается на уровне краев сосуда. По градуированной шкале на бюретке и секундомеру определяется объел испаряющейся жидкости за определенный промежуток времени. По этим экспериментальным данньш строится график зависилюсти испарения жидкости от толщины слоя во времени и для установившегося участка определяется линейная скорость испарения, как тангенс угла наклона прямой, а затем, путем пересчета находится весовая скорость испарения. Температура поверхности излучающей пластинки измеряется термопарой 2, а температура поверхности жидкости определяется (периодически) термопарой 2. Для большей точности измерения температуры термопары 2 и 2 имеют холодные спаи, помещенные в сосуд Дюара 8, Каждая термопара имеет свой гальванометр D.

Для того, чтобы конвективные потоки воздуха не влияли бы на испарение жидкости, борт сосуда В окружен коническим кольцом 7. Расстояние между поверхностью жидкости и излучающей пластинкой регулируется гайкой 6. Печь А может отводиться от сосуда 5 в сторону, благодаря применению вращающейся консоли 9 штатива. Количество тепла, подводимое к поверхности излучающей пластинки, регулируется реостатом.

Важной деталью прибора является печь-излучатель, которая должна обеспечить равномерный подвод тепла к излучающей пластинке с тем, чтобы обеспечить постоянную температуру по всей ее поверхности.

К стержню JO (фиг. 3) из красной меди с уширенным коническим концом приваривается из красной же меди диск, к которому затем прикрепляется излучающая пластинка 7 с термопарой 2. Для того, чтобы красная медь не окислялась, ее поверхность облужена серебряным припоем. Стержень W обмазывается тонким слоем каолина, затем на него наматывается нихромовая проволока 77 и все это опять обмазывается толстым слоем каолина 72. Стержень в таком виде устанавливается в кольцо 73 из талькохлорида, на который снаружи надевается железный чехол 14, а потом пространство между стержнем и железным чехлом изолируется асбестодг 75. Концы нихромовых проводов присоединяются к клеммам 16. Вся печь, как 21

вьше указывалось, прикрепляется стержнем 77 к консоли штатива.

Ввиду того, что в приборе по фиг. 1-2 пары жидкости улетучиваются в окружающую атмосферу, что является большим недостатком, предлагается более совершенный прибор, изображенный на фиг. 4, в котором непрерывно образующиеся пары испаряющейся жидкости поступают в холодильник через трубку 18 специального кожзха J9, окружающего зазор между бортом сосуда для жидкости и нижней поверхностью печи-излучателя, где конденсируются. -Получающаяся при этом жидкость стекает в мерную колбу.

В этом приборе скорость испарения жидкости контролируется двумя независимыми способами - по расходу жидкости в бюретке С и по количеству сконденсированных паров в мерной колбе.

Печь А с излучающей пластинкой 7 крепится в специальнол кольце К из талькохлорида. Уплотнение в кольце осуществляется асбестовым шнуром с последующей промазкой глиной с жидким стеклом.

Кольцо К крепится к наружной рубашке кварцевого сосуда В замазкой. Остальные части кварцевого сосуда остаются без изменения.

Перед проведением измерения включается печь-излучатель, отведенная на консоли в сторону от кварцевого сосуда. Это делается для того, чтобы не происходило напрасного испарения жидкости. В сосуд В и мерную бюретку наливается испытуемая жидкость до верхней кромки сосуда и нулевой отметки мерной бюретки. Когда печь-излучатель нагревается до необходимой температуры, ее устанавливают над поверхностью жидкости, включают секундомер и через определенные промежутки делают отметки времени и количества испарившейся жидкости.

В первый момент скорость испарения жидкости все время увеличивается, а затем, когда наступит стационарный режил теплообмена между излучающей пластинкой и зеркалом жидкости, она становится постоянной.

323

При проведении измерений необходимо соблюдать равномерный приток тепла сверху от печи-излучателя на свободную поверхность испаряющейся жидкости и устранить движения воздуха вблизи испаряющейся жидкости.

Предмет изобретения

1.Способ оценки физико-химических свойств жидкостей, в частности оценки их горючих свойств, о т л ичающийся тем, что свойства жилкости определяют по скорости испарения исследуемой жидкости со свободной поверхности за счет тепла радиации печи-излучателя с постоянной температурой поверхности излучения.

2.Прибор для осуществления способа по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен в виде сосуда для исследуемой жидкости, соединенФиг. 1

ного с Л1ерной бюреткой, и установленной над этим сосудом печи-излучателя.

3.Форма выполнения прибора по п, 2, отличающаяся тем, что борт сосуда для исследуемой жидкости окружен коническим кольцом, предназначенным для устранения влияния потоков воздуха на испарение исследуемой жидкости.

4.Форма выполнения прибора по пп. 1-2, отличающаяся тем, что печь-излучатель монтирована на поворотной консоли для возможности отвода ее в сторону от сосуда с исследуемой жидкостью.

5.Форма выполнения прибора па пп. 1-3, отличающаяся тем, что зазор между бортом сосуда для жидкости и нижней поверхностью печи излучателя окружен , соединенным своей полостью с холодильником для охлаждения паров исследуемой жидкости.

Фмг. 2

/ff

,sJJX-.Jg faJL

t.S-V-«4,

yMYYy)