Способ определения межфазного натяжения жидкостей

 

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕЖФАЗНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ, заключающийся в формировании капли одной жидкости на торце вертикального капилляра, погруженного в другую жидкость, и измерении давления в капле, отличающийсятем , что,.с целью повышения точности определения путем исключения влияния разности удельных весов жидкостей на определенную величину, формируют две капли более тяжелой из двух исследуемых жидкостей на верхних торцах двух капилляров различной длины с отверстиями различного радиуса, нижние торцы которых заглушают и размещают на одном уровне, при этом формирование капель осуществляют при условии равенства отношений объемов капель к третьей степени радиусов, разницу длин капилляров устанавливают равной заданной величине, определяемой отношением объемов капель к третьей степени радиусов и разницей радиусов капилляров, а межфазное натяжение определяют по разнице давленийв капиллярах, измеренныхна уровне нижних торцов. 9 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют капилляры, для которых 48 0,3894{Г2--1; где АЙ - разность между длиной капилляра меньшего радиуса и длиной капилляра большего радиуса t ,- м. формируют капли, объем каждой из которых равен третьей степени .радиуса капилляра, а межфазное натяжение ё рассчитывают по выражению 6 0,5793йР1 2/(Г:2 1) ( где йР - разность давлений в капиллярах , измеренных на уровне нижних торцов, Н/м. -J

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

/ /, ОПИСАНИЕ NSQEPETEHNH

Й ABTOPCHGMV СВМДЕТЕПЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3433123/18-25 (22) 27. 01. 82 (46) 23. 03. 84. Бюл. Р 11 (72) И. С. Кисиль (71) Ивано-Франковский институт нефти и газа (53) 532.64(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Р 409115,.кл. 6 01 8 13/02, 1964.

2. Сб. Методы испйтаний водных растворов поверхностно-активных веществ . Вып.1, M., ЦНИИТЭИ, 1965, с. 43-47 (прототип). (54) (57) 1. СПОСОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

МЕЖФАЗНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ, заключакщийся в формировании капли одной жидкости на торце вертикального капилляра, погруженного в другую жидкость, и измерении давления в капле, отличающийся. тем, что, с целью повышения точ. ности определения путем исключения влияния разности удельных весов жидкостей на определенную величину, формируют две капли более тяжелой из двух исследуемых жидкостей на верхних торцах двух капилляров различной длины с отверстиями различного радиуса, нижние торцы кото„„SU„„ 1О81476 А рых заглушают и размещают на одном уровне, при этом формирование капель осуществляют при условии равенства отношений объемов капель к третьей степени радиусов, разницу длин капилляров устанавливают равной задан- ной величине, определяемой отношением объемов капель к третьей степени радиусов и разницей радиусов капилляров, а межфазное натяжение определяют по разнице давлений в капиллярах, измеренных на уровне нижних торцов. у 2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что используют капилляры, для которых

ДЕ = 0,3894 (r2-;У, Я где Я вЂ” разность между длиной капилляра меньшего радиуса („и длиной капилляра большего радиуса 2, м. формируют капли, объем каждой иэ которых равен третьей степени .ради- Я уса капилляра, а межфазное натяжение 6 рассчитывают по выражению рцщ = О, 5793DP 1- Ф 2/(2 "1) где )Р†разность давлений в капил- 4ю лярах, измеренных на уров- Я© не нижних торцов, Н/м

1081476

Изобретение относится к определе, нию физико-химических параметров жидкостей в частности межфазного натяжения несмешивакщихся чистых жидкостей и растворов, поверхностноактивных веществ, и может найти применение для исследования временных зависимостей межфазного натяжения на границах раздела жидкостьжидкость в лабораторных условиях.

Известен способ определения межфаэной энергии на границе раздела двух жидкостей, в процессе которого формируют капли двух жидкостей, посредством сближения приво.дят их в контакт. По достижении рав- 15 новесия фиксируют контактный угол между ними и с помощью соответствующей зависимости, в которую входят также и значения поверхностных натяжений каждой из жидкостей, рассчи- Zp тывают значение межфазного натяжения jl).

Недостатками такого способа являются необходимость предварительного определения краевого угла смачива- 25 ния между двумя исследуемыми жидкостями и значений их поверхностных натяжений, а также периодичность процесса измерения устройством, реалиэукщим указанный способ, что за <. трудняет автоматизацию процесса измерения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения межфазного натяжения жидкостей, заключакщийся в формировании капли одной жидкости на торце вертикального капилляра, погруженного в другую жидкость, и измерение давления в капле.

Каплю формируют путем выдавлива- 40 ния жидкости из капилляра, в процессе которого производят непрерывное измерение давления. Нначение межфаэного натяжения рассчитывают на основании измеренного максимального 45 давления в образующей капле, глубины погружения капилляра в жидкость, разности удельных весов исследуемых жидкостей и постоянной капилляра 2)

Недостатком известного способа является низкая точность., обусловленная зависимостью определяемой величины от разности удельных весов исследуемых жидкостей, которая в процессе измерения может изменяться под влиянием различных факторов.

Целью изобретения является повышение точности определения межфазного натяжения путем исключения вли ян и я ра 3 но оти удел ьных в е сов исследуемых жидкостей, на определенную величину.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения межфаэного натяжения жидкостей, эаключакшемуся в формировании капли одной жидкости на торце вертикального капилляра, погруженного в другую жидкость, и измерении давления в капле, формируют две капли более тяжелой иэ двух исследуемых жидкостей на верхних торцах двух капилляров различной длины с отверстиями различного диаметра, нижние торцы которых заглушают и размещают на одном уровне, при этом формирование капель осуществляют при условии равенства отношений объемов капель к третьей степени радиусов, разницу длин капилляров устанавливают равной заданной величине, определяемой отношением объемов капель к третьей степени радиусов и разницей радиусов капилляров, а межфазное натяжение спределяют по разнице давлений в капиллярах, измеренных на уровне нижних торцов.

При этом используют капилляры, для которых

5 f = О, 3894 (г -, 1 где б — разность между длиной капилляра меньшего радиуса и длиной капилляра большего радиуса г, м, формируют капли, объем каждой из которых равен третьей степени радиуса капилляра, а межфазное натяжение ф рассчитывают по выражению

6 = 0,5793giP .,Ъ){r>- г1-1 гдЕ giP — разность давлейий в кайиллярах, измеренных на уровне нижних .торцов, Н/м

На чертеже представлено устройство, реалиэукщее предложенный способ определения межфазного натяжения жидкостей.

Устройство состоит из калиброванных капилляров 1 и 2 с выходными отверстиями ножевой формы различных длин fi< и 3 различных радиусов внутренних отверстий .У„, и (трехвходового крана 3, микродоэатора 4, двух отборных устройств 5 давления, смонтированных на одном уровне в днище сосуда б, измерителя 7 перепада давлений и воронки 8, предназначенной для наполнения сосуда б исследуемой жидкостью с меньшим удельным весом.

Как показали проведенные рассчеты зависимость между межфазным натяжением на границе раздела двух жидкостей и давлением в капле Р4 на

I уровне острой кромки выходного отвер стия капилляра 1 при условии, что сосуд б заполнен исследуемой жидкостью с меньшим весом ф„ а объем исследуемой жидкости с большим удельным весом у, находящийся выше плоскостй острой кромки капилляра 1, определяется соотношением у (э/ч = 4 04i 0) 1 081476

Составитель A.Кощеев

Редактор В.Данко Техред Л.Мартяшова КорректорМ.Шароши. Заказ 1 537/36 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР пп делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 является следукщей ь . Р (6+0,2256 g)V2/0,5793/ (2) где бг" у2.- ф.

Методическая погрешность зависимости (2) для =5-100 10 Н м, „-0,-1,0 ° 10"3„м, Ду=0,5-1,5 ° 10 кГ/м 5 не превышает О, 1 В . Давление внутри капилляра 1 .на уровне отборного уст ройства 5 равно

Р1= Р+ LL f {= 6+0, 22563уЧ ) /О, 5793/4+

«где К,, — длина капилляра 1.. 10

Аналогично давление внутри капилляра 2 на уровне отбррного устройства 5 равно

Р27 {6+0,2256rhgYgй)/О 5793Q+hgE2 (4) где .ф2 - длина капилляра (9„>lb(g„

Тогда раэность давлений внутри капилляров 1 и 2 на уровне отборных устройств 5 равна Р Р Ру (6+0,22565gVq) /О, 5793У Щ4{- (5) °

®+0,22564gV2) /0,5973Ур kgt ЦЧ -Ч

-4y V2 /0,2256 (Ч2-Ч1) 0,579346)/0,5793, Из (5) следует, что для исключения влияния разности удельных весов исследуемых жидкостей на результаты расчета межфаэного натяжения необходимо, чтобы выпОлнялось условие

i $ УЧ1М2 0, 2256 (У - Ц "О, 57933фО (6)

Иэ (6) .следует, что ф = О, 22 56;(+-g< /О, 57 93в О, 38 94(М 4 ) (7)

Тогда с учетом (5) получаем, что при выполнении условия (7) межфазное натяжение рассчитывается следующим образом

6 =0,579МР 4 2 А 1. V2) (8)

Таким образом, выбрав капилляр о меньшим внутренним радиусом длиннее капилляра с большим внутренним радиусом на величину,д согласно (7) и измеряя разность давлений внутри капилляров на уровне отбор- 40 ных устройств при условии, что объемы исследуемой жидкости с большим удельным весом, находящиеся выше острых кромок, определяются,зависимостью (1), получаем независимость 45 результатов расчета межфазного натяжения от разности удельных весов исследуемых жидкостей, Использование капилляров c Nixon" ными .отверстиями ножевой формы о6еспечивает также независимость результатов измерений от краевого угла смачивания.

Процесс определания межфазного натяжения жидкостей с помощью устройства, реалиэукщего предложенный способ, заключается в следующем.

Устанавливают капилляры 1 и 2 вертикально на строго горизонтальном днище сосуда б Таким образом, чтобы отборные устройства 5 находились внутри каждого иэ капилляров на уровне плоскостей срезов нижних концов.

Путем соответствукщего переключения трехходового крана 3 с учетом объемов соединительных линий и объемов каждого из капилляров с помощью микродозатора 4, выдавливают такие Объемы исследуемой жидкости с большим удельнйм весом в каждый иэ капилляров, чтобы выполнялось условие (1}. Через воронку 8 в сосуд б заливают исследуемую жидкость с меньшим удельным весом. Измеряя разность между давлениями внутри капилляров на уровне отборных устройств измерителем 7 перепада давления с помощью зависимости (8) рассчитывают межфаэное натяжение на границе раздела двух несмешиваищихся жидкостей.

Технико-экономический эффект предложенного способа определения межфаэного натяжения в сравнении с базовым способом определения межфазного натяжения по измеренному максимальному давлению в образовавшейся капле из калиброванного капилляра заключается в исключении влияния удельных весов исследуемых жидкостей на полученные результаты, в воэможности исследования временной зависимости межфазного натяжения на границе двух несмешивакицихся растворов поверхностно-активных веществ и в полной автоматизации процесса определения межфазного натяжения.