Способ определения эффективного коэффициента диффузии

(, 652473

Союз Советским

Социалистических

Ресвублни

) Ь (р(, :) " (6)) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено24.10.74 (21) 2070536/18-25 (51) М. Кл.

G 01 N 15/00 с присоединением заявки №(23) Приоритет

Гссудврствбииьй ксмбтбт

СССР

66 ДЭЛВМ 6365p6766%ll н еткрмтнй

Опубликовано 15.03,79 Бюллетень № 10 (53) УДК 537.148 (088ß) Дата опубликования описания 19.30.79 (72) Автор изобретения

Г. Л. Резников (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО

КОЭФФИИИЕНТА ДИФФУЗИИ

Изобретение относится к области исследования физических и химических свойств веществ, точнее структурных свойств пористых образцов, и может быть использовано в лабораторных условиях для определения эффективного коэффициента диффузии пара через пористый образец.

Эффективный коэффициент диффузии пара через пористый образец можно определить по паропроницаемости, если при переносе пара через испытуемый образец устранены конвективные потоки, возникающие под действием механических и термических причин.

Известен способ (1) измерения проницаемости водяного пара, заключающийся в том, что пар пропускают че4 рез горизонтально расположенный образец, причем относительная влажность в камере под образцом выше, чем в камере над образцом. При этом исполь- зуются специальные средства для измерения и регулирования относительной влажности в указанных камерах и измерения времени, требуемого для того, чтобы относительная . влажность. в верх ней камере увеличилась на заданную величину.

Недостатком этого способа является его сложность, обусловленная необходимостью создания регулируемого потока воздуха и наличием специальных средств для измерения и регулирования влажности.

В другом известном способе определения коэффициента паропроницаемости (2), с одной стороны образца создают постоянную влажность воздуха, а над другой поверхностью создают постоянный поток воздуха с заданной влаж ностью. Коэффициент паропроницаемости определяют по изменению влажности потока воздуха, прошедшего над образцом.

Этот способ также сложен, так как требует специального оборудования glIsK создания постоянного потока воздуха с заданной влажностью и средств для изь с более высокой плотностью, чем плотность жидкости, расположенной снизу.

Применение в качестве паропоглошаюшей среды жидкости с упругостью пара меньшей, чем у парообразуюшей жидкости, позволяет значительно упростить предлагаемый способ, поскольку обеспечиваются изотермические условия опыта, при этом отпадает необходи10 мость в системе обеспечения постоянного потока воздуха с заданной влажностью или в системе термостатирова ния.

Наличие непосредственного контакта

1Ю поверхностей образца с двумя жидкостями (парообразуюшей и паропоглощаюшей), несмачиваюшими его, локализует процесс переноса пара внутри пористого образца. Это обеспечивает. исключитель2О но диффузионный характер массопереноса и исключает погрешности, обусловленные конвективным переносом. Отсутствие конвективных потоков позволяет на основании измеренной скорости

25 переноса пара рассчитать эффективный коэффициент- диффузии пара через пористый образец. Кроме того, сокращение пути переноса пара способствует ускорению измерения и повышению точности.

ЗО Расположение жидкости с большей плотностью на поверхности образца обеспечивает стационарные условия диффузии, т.е. постоянство градиента концентрации, за счет непрерывного само35 произвольного перемешивания, вызываемого внутренними конвективными потоками. При этом оказывается безразличным расположение вверху или внизу парообразующей и паропоглощающей жид40 костей (при обязательном расположении наверху образца более плотной жид кости). При помещении снизу паропоглошаюшей жидкости жидкость, проникаю щая сверху через образец в виде пара, имеет большую плотность и за счет внутренних конвективных потоков самопроизвольно перемешивается. При расположении паропоглошающей 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 принудительoro перемешивания, например, с помощью магнитной мешалки.

652473 мерения изменения влажности воздушного потока

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ (3), заключающийся в том, что

*арообразующую среду в виде жидкости отделяют от паропоглощающей среды горизонтально расположенным исследуемым пористым образцом с лиофобными поверхностями, заполненным инертным йо отношению к обейм средам газом, измеряют скорость диффузионного потока пара через образец, по которой рассчитывают искомый коэффициент.

При реализации этого способа необходимо создать и поддерживать разные температурные уровни с обеих сторон образца, применять специальные сосуды для конденсации нара, обеспечить систему циркуляции охлаждающей жидкости.

Кроме того„наличие свободного воздушйого пространства и градиента темпера:тур между испытуемым образцом и сосудами, в которых конденсируется пар, обуславливает наличие конвективных потоков, интенсивность которых зависит от геометрии эт ого пространства и температурного градиента. Таким образом, величина паропроницаемости, измеренная указанным способом, будет определяться не только структурой — образца, но и конкретными условиями измерения.

Белью изобретения является повышение точности, ускорение процесса определения эффективности коэффициента диффузии пара через пористый образец.

Цель достигается тем, что по предла гаемому способу в качестве паропоглощающей среды используют жидкость с упругостью пара, меньшей, чем у парообразуюшей жидкости, жидкости приводят в контакт с образцом, а в качестве жидкости, расположенной на верхней поверхности 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 паропоглошающей среды жидкости с меньшей упругостью пара, чем у парообраэую=щей жидкости, отсутствие зазора между указанными жидкостями и образцом, а также использование жидкости, расположенной на верхней поверхности образца, 652473

I=—

3t.

56

Выполнение спос оба иллюстрируется следуюшим примером.

Определяют эффективный коэффициент диффузии водяного пара через пористую пластину из политетрафторэтилена. Пористую пластину (пористость " 30%) диаметром Р0 мм и толшиной 0,67 мм зажимают между двумя вертикально расположенными цилиндрическими стаканами. Уплотнение по периметру пластины осушествляют с помощью резиновых прокладок, Открывая поверхность 19 см . Нижний стакан запол няют дистиллированной водой таким об разом, чтобы между поверхностью воды и диафрагмой не было воздушного зазора. Нижний стакан сообщается с мерной бюреткой. В верхний стакан на поверхность исследуемой пластины нали вают 12 н. раствор,KOH. Верхний стакан сообщается с атмосферой. По мер ной бюретке и секундомеру фиксируют скорость уменьшения воды в нижнем стакане в результате переноса пара.

Скорость диффузионного переноса пв» ° рв вычисляют по формуле

ale: I — скорость диффузионного переноса, rn - масса продиффундировавшего пара за время Ю

3 - плошадь образца

Эффективный коэффициент диффузии пара через пористый. образец определяют из закона Фика

ЬС

) )

a,Õ где D - эффективный коэффициент диффузии, - — разность концентраций диффундируюшего вешества (пара) на границах исследуемого образца, hX — толшина образца.

Отсюда искомый эффективный коэффициент диффузии рассчитывают по формуле

hx В т с Щц)м (ц у ™ ЛС К т где Т, — температура опыта, R» универсальная газовая постоянная;

Я вЂ” молекулярная масса пара, P - давление насышенного пара

4 над пвр о обрвзующе и лаик остью при температуре Т;

5 l0

15 ю

Р— давление лара нвд пвропогло-: щаюшим раствором при температуре Т.

В приведенном примере за 1 ч. убыль воды в нижнем сосуде составила

0,15 г. Температура опыта 21 С. Рассчитанный по этим данным эффективный коэффициент диффузии пара через фторплас-9 Я товуюплвстину равняется 1,1 10 см /с.

Используя предлагаемый способ, можно определить эффективный коэффициент диффузии водяного пара и через гидрофильный пористый образец. Для этого исследуемый образец помешают без за зоров между двумя пористыми гидрофоб« ными пластинами с заранее определенным эффективным коэффициентом диффу» зии пара через них, а затем проводят измерение по предлагаемому способу.

Осушествление предложенного способа возможно вследствие наличия у исследуемого образца лиофобных поверхностей.

Предлагаемым способом проводились определения эффективного коэффициента диффузии пара через пористые пластины, изготовленные из различных материалов, в широком диапазоне температур при использовании различных парообрвзуюших и пвропоглошаюших жидкостей.

Использование предлагаемого способа определения эффективности коэффициента диффузии пара через пористый образец обеспечивает по сравнению с сушествуюшими способами следующие преимущества: простота осушествления, повышение точности и воспроизводимости, уменьшение .затрат времени.

Ф ормулв изобрения

Способ определения эффективного коэффициента диффузии пара через пористый образец, заключвюшийся в том, что парообразуюшую среду в виде жидкости отделяют от паропоглощаюшей среды горизонтально расположенным исследуемым пористым образцом с лиофобными поверхностями, заполненным инертным по отношению к обеим средам га.— зом, измеряют скорость диффузного > потока пара через образец, по которой рассчитывают искомый коэффициент, отличаюшийся тем,что,с целью повышения точности и ускорения определения, в качестве пвропоглошак 7

6а щей среды используют жидкость с упругостью пара, меньшей, чем у. парообразуюшей жидкости, жидкости приводят в контакт с образцом, а в качестве жидко=сти, расположенной на верхней поверхности образца, используют жидкость с плотностью, большей., чем плотность, ( жидкости, располоеженной снизу образца.

473

1 густо(ишки информации, принятые во внимая(ие при экспертизе

1. Патент CLlA K 3286509, кл. 73. 38, 1966.

Б 2. Авторское свидетельство

К. 102719, кл. S 01 N 15/08, 1955.

3. Авторское свидетельство

i¹ 271872, кл. 8 01 И 15/00, 1970.

Составитель H. Преображенская

Редактор И. Шубина Текред И. Асталош Корректор Д. Мельниченко е

Заказ 1052/41 Тираж 1089 Подписное

-MI4fIN Государственного комитета СССР по делам изобретенше и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 фелнел ППП "Патент", г. Уло орое, тл. Проектное., 4