Способ определения радиуса ячеек и кратности пены

 

Использование: исследование химических и физических свойств веществ для анализа структурных параметров пены. Сущность изобретения: пену помещают в ступенчатую кювету, образующую два слоя, определяют пропускание светового потока в слоях и рассчитывают радиус ячейки пены и кратность по указанным формулам. 1 табл.

Изобретение относится к технической физике, а именно к исследованию химических и физических свойств веществ, и предназначено для анализа структурных параметров пены.

Известен способ определения радиуса ячеек пены путем фотографирования [1] . Известен способ определения кратности пены путем пропускания пены через капилляр [2]. Указанные способы трудоемки, требуют предварительной калибровки и обладают невысокой точностью.

Указанные способы позволяют проводить раздельное определение кратности и радиуса ячеек пены, что не обеспечивает комплексного исследования пенных систем.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ для измерения кратности пены и размера ее ячеек [3], в котором пена под действием разрежения движется по стеклянному капилляру и производится фиксация объемов пузырьков воздуха и участков с жидкостью (пленок) фотоэлектрическим методом. Данный способ позволяет по результатам фотоэлектрических измерений определять кратность пены в диапазоне 40-100 с размером ячеек 0,4-3,5 мм.

Недостаток в том, что при измерении параметров пены она разрушается при всасывании в капилляр. Применение способа ограничено, он не может пользоваться при исследовании динамики происходящих в пене процессов, анализ длителен.

Для обеспечения одновременности определения радиуса ячеек и кратности пены при сохранении ее структуры и сокращении времени анализа пену помещают в ступенчатую кювету, образующую два слоя толщиной Х₁ и Х₂, определяют пропускание светового потока Т₁ и Т₂ в слоях и рассчитывают радиус ячеек пены и кратность К по формулам: Cпособ осуществляют при толщине слоев пены в ячейке в диапазонах Х₁= 20. . .30 R и Х₂ = 80...100 В, измерение производится одновременно на одной высоте пены.

Преимуществом способа является его использование при исследовании динамики процессов в пене, измерение величин в реальном масштабе времени.

Осуществление способа иллюстрируется следующими примерами.

П р и м е р 1. Пену получают путем пропускания воздуха и раствора пенообразователя через пеногенератор. Кратность и радиус ячеек пены варьируют путем изменения соотношения газовой и жидкой фаз, подаваемых на пеногенератор. В качестве пенообразователя используют натрийалкилсульфаты фракции С₁₀-С₁₃ (АС С₁₀-С₁₃) ТУ 38 507-63-84-90 при концентрации раствора 0,8 мас.% . Полученную пену помещают в стеклянную кювету так, что пена в ней образует два слоя толщиной Х₁ = 9 мм и Х₂ = 35 мм. Кювету с пеной помещают в спектрофотометр и измеряют величину пропускания светового потока через каждый слой пены одновременно на одной высоте. По полученным значениям пропускания рассчитывают радиус ячеек и кратность пены по приведенным выше формулам: R = =0,44 мм, К = 120. Продолжительность определения параметров пены 1,5 мин.

В качестве контрольных методов используют: для определения кратности - кондуктометрический метод (прибор ИКРАП), для определения радиуса ячеек - фотографический метод (пену фотографируют через стенку кюветы и рассчитывают средний радиус ячеек по фотографиям). Получают значение R_фото = 0,41 мм, К_конд = 125.

П р и м е р 2. Изменяют размеры слоев пены Х₁ = и Х₂ путем использования стеклянных ячеек с другими геометрическими параметрами. В качестве пенообразователей используют триэтаноламиновые соли алкилсульфатов (ТЭАС ТУ 38.107127-87) и композиционный пенообразователь "Поток" ТУ 38.507-63-98-90, концентрация растворов 0,8...1 мас.%. Проводят измерение как описано в примере 1. Результаты определения радиуса ячеек и кратности пены сведены в таблицу.

П р и м е р 10 (по прототипу - базовому). Пену получают как в примере 1, используя в качестве пенообразователя натрийалкилсульфаты фракции С₁₀-С₁₃. Используют прибор для определения кратности и дисперсности пены по патенту ПНР N 132746. Пену просасывают через капилляр и определяют кратность по соотношению объемов воздуха и жидкости в менисках, идущих по капилляру, и средний размер ячеек по объема воздушных зазоров между менисками жидкости, идущей через капилляр.

Результаты анализа сведены в таблицу.

Как видно из данных таблицы, определенные по способу параметры пены хорошо согласуются с контрольными методами. При этом толщина слоев пены не должна быть менее Х₁ < 20R и X₂ < 80R так как при этом, как видно из примера 4, получаются при расчете по формулам заниженные значения радиуса ячеек и кратности вследствие непропорционального роста пропускания светового потока. Толщины слоев пены не должны быть более Х₁> 30R и X₂ > 100R, так как при этом, как видно из примера 5, получаются при расчете по формулам завышенные значения радиуса ячеек и кратности вследствие непропорциональности уменьшения пропускания светового потока. Состав и концентрация пенообразователя не влияют на точность определения радиуса ячеек и кратности пены (примеры 2, 6 и 8). Способ позволяет производить определение радиуса ячеек и кратности пены в реальном масштабе времени: длительность измерений, включая расчет, не более 2 мин), без разрушения ее объема, в то время как в способе по прототипу (пример 10) за время измерений происходит полное разрушение пенного объема.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИУСА ЯЧЕЕК И КРАТНОСТИ ПЕНЫ, заключающийся тем, что измеряют величину пропускания светового потока, прошедшего через пену, помещенную в кювету, отличающийся тем, что пену помещают в ступенчатую кювету, образующую два слоя толщиной X₁ и X₂, определяют пропускание светового потока T₁ и T₂ в слоях и рассчитывают радиус R ячеек пены и кратность K по формулам R = ;;

РИСУНКИ

Рисунок 1