Устройство для измерения межфазного натяжения Советский патент 1981 года по МПК G01N13/02 

(54) УСТГОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕЖФАЗНОГО НАТЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к физико-химическим исслецованиям и может ть использовано для измерения межфазиого натяжения в системе жидкость-жидкость под давлением выше атмосферного, наприккр в системе викилхлорид (ВХ) - водная фаза вода поверхностноактивное вещество), что имеет большое значение для изучения закономерностей фсфкшровакия частиц поливишшхлорнда различной структуры в процессе полимернзашш. Известен метод капиллярного поднятия для определения межфазного натяжения в системе жидкосп-жищсость под давлением выше атмос ферного. Изк ерение межфазного натяжения по зтому методу сводится к определению высоты границы ртздела жидкостей в капилляре (h) относительно .их гратщл в сосуде. Межфазное натяжение рассчитьшают по формуле dgbCp.,) 4COS0 где d - диаметр капилляра; PI - плотность легкой жидкости; Рг - плотность тяжелой жидкости; в - угол смачивания на грашще жидасость-жидкость-стекло. А жфазное натяжеш1е может быть также определено по разности высот h| и hj в кшош- лярах разного диаметра di, dj ., AcoudCdT, 5;) где hi f ц Из; hj « h$ Ьз Высота границы раздела жидкостей в кашшляре должна быть измерена с большой точностью, при высоких давлениях для этото удобен тояысо BioyanbHbdi метод. Известное ycrpoJicTBo для измерения межфаэиого натяжения методом капиллярного подаятия представляет собой стеклянный сосуд, в ктором размещены капшшяры. Сосуд должен быть достаючяо бопыоого диаметра, чтобы можг но было прежбречл краякякт жидкой ncwepxности в нем во пвневию с кривизной капилляра 1. 38 Недостатками известного устройства являют ся его ограниченная прочность и возможность усталостного разрушения, что предъявляет серь езные требования к мерам безопасной работы. Причем установка нескольких капилляров требует увеличения дааметра сосуда, что значитель но снижает его прочность. Кроме того, возникают трудности, связанные с герметизацией системы, Наиболее близким к предлагаемому техничесКИМ решением в системе жидкость-жидкость под давлением выше атмосферного методом капиллярного поднятия является устройство для измерения межфазного натяжения, содержащее сосуд из стали со смотровыми окнами и установленными в нем капиллярами 2. . Недостатком зтого устройства является ограничение размеров смотровых окон, связанное с условием прочности, что может сказаться на точности измерения. Для более точного измерения стремятся увеличить высоту или разность высот поднятия границы жидкостей в капиллярах за счет уменьшения диаметров капилляров, что вызывает необходимость увеличения размеров смотровых окон. Кроме того, имеются значительные сложности, связанные с установко смотровых окон и их эксплуатацией. Повышение высоты поднятия границы жидкости Б капилляре требует увеличения количества более легкой жидкости, которая в ряде случаев являе ся дорогостоящей. Цель изобретения - упрощение конструкции устройства, повышение безопасности измерения и снижение расхода легкой жидкости на одно измере1ше. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения межфазного натяжения в системе жидкость-жидкость под давлением выше атмосферного методом капиллярного под нятия, содержащем сосуд из стали и капилляры, сосуд выполнен в виде двух камер - верх ней и нижней, соединенных.трубкой, а капилляры расположены вне сосуда и соединены с камера NfH. На чертеже показано предлагаемое устройств продольный разрез. Устройство для измерения межфазного натяжения состоит из сосуда, представляющего собой верхнюю 1 и нижнюю 2 камеры, соединен ные трубкой 3. Капилляры 4 вынесены за пределы сосуда и соединены с верхней и нижней камерой. Герметичность в местах соединения капилляров с верхней и нижней камерой дости гается с помощью сальникового уплотнения 5. Устройство работает следующим образом. В нижнюю камеру через отверстие, которое герметично закрыто заглушкой 6, заливают бо лее тяжелую жидкость таким образом, чтобы нее входили нижние концы капилляров. Сверху заливают более легкую жидкость. Граница раздела жидких фаз должна быть в нижней камере. Как только верхние концы KanHjuiHров окажутся погруженными в более легкую жидкость, в капиллярах появляется граница раздела. Если использовать в качестве легкой жидкости ВХ, высокое давление создастся сразу, как только ВХ поступает в сосуд через вентиль 7. Межфазное натяжение можно определить по формуле (2), измеряя ДН, или по формуле (1), измеряя h4(hs), зная hj. Высота hj может быть измерена любым известным способом. Если дозировать р.оин и тот же объем более тяжелой жидкости, то он остается постоянным /У1Я всех илмсрений. Для измерения Ah, 4 и hs можно использовать катетометр. Чтобы уменьшить колебании значения Из, связанные с ошибками при дозировке, нижнюю камеру необхо.вдмо сделать достаточно большого диаметра ( 150 мм). В предлагаемом устройстве для измерения межфазного натяжения в системе жидкостьжидкость нет необходимости применения смотровых окон, за счет чего упрощается конструкция устройства и повышается безопасность измерения. Устройство позволяет использовать добавочное количество капилляров с необходимой для заданной точности измерения длиной. Кроме того, значительно снижается количество более легкой жидкости на одно измерение. Формула изобретения Устройство для измерения межфазного натяжения в системе жидкость-жидкость под давлением выше атмосферного методом капиллярного поднятия, содержащее сосуд из стали и капилляры, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции устройства, повышения безопасности измерения и снижения расхода легкой жидкости на одно измерение, сосуд выполнен в виде двух камер - верхней и нижней, соединенных трубкой, а капилляры расположены вне сосуда и соединены с камерами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 316971, кл. G 01 N 13/02, 1969. 2.Циклис Д. С. Техника физико-химических исследований при высоких и сверхвысоких давлениях. М., Химия, 1976, с. 384-385 (протогип).