Способ фотометрического определения удельной поверхности контакта фаз газожидкостной эмульсии
Изобретение относится к измерительной технике и приборостроению и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для определения удельной поверхности контакта фаз газожидкостных эмульсий, а также суспензий и эмульсий жидкость-жидкость. Цель изобретения - повышение точности измерений, расширение области применения и упрощение способа. Измеряют любым известным способом или принимают из справочной литературы показатели преломления жидкой и газовой фаз N<SB POS="POST">ж</SB> и N<SB POS="POST">г</SB> и их мутности &Tgr;<SB POS="POST">ж</SB> и &Tgr;<SB POS="POST">г</SB>, а удельную поверхность контакта фаз определяют по формуле А=4(е-1)[LN(Е<SB POS="POST">о</SB>/Е)-L<SP POS="POST">.</SP>&Tgr;<SB POS="POST">г</SB><SP POS="POST">.</SP>φ-L<SP POS="POST">.</SP><SB POS="POST">ж</SB>(1-φ)]/ е<SP POS="POST">.</SP>L<SP POS="POST">.</SP>[1-(N<SB POS="POST">г</SB>/N<SB POS="POST">ж</SB>)<SP POS="POST">2</SP>], где е - основание натурального логарифма φ - газосодержание, объемные доли L - толщина просвечиваемого слоя среды, м Е<SB POS="POST">о</SB> - интенсивность света, прошедшего через слой дегазированной жидкости, лк Е - интенсивность света, прошедшего через слой газожидкостной эмульсии, лк. При этом величина L должна удовлетворять зависимости DΛ≤2D, где D - максимальный диаметр газового пузыря. 1 ил., 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
А1
„„SU„,16122 (5l) 5 G 01 N 21/47 15/02
ОПИСАНИЕ ИЗОБ Е1ЕНИД
Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4431896/40-25 (22) 27.05.88 (46) 07.12.90. Бюл. Ф 45 (72) Г. В. Горбачева, В. В. Горбачев, В. П. Ананьев и А. В. 1Ышкин (53) 535.361(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР к- 802841, кл. С 01 N 15/00, 1981.
Ca1derbank P. Н. Physical Rate
Process in Industrial Fermentation.
Part 1: The Interfacial Area in
Gas-Ыциid Contacting with Месапical
Agitation. — Trans. Inst. Chem. Engrs. (London), 1958, 36, 443. (54) СПОСОБ ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ КОНТАКТА
ФАЗ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ ЭМУЛЬСИИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и приборостроению и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для определения удельной поверхности контакта фаз газожидкостных эмульсий, Изобретение относится к области измерительной техники и приборостроения и может бить использовано в раз-личных отраслях народного хозяйства для определения удельной поверхности контакта фаз газожидкостных эмульсий, а также суспензий и эмульсий жидкость - жидкость.
Целью изобретения является повь -. шение точности измерений.
r. °
2 а также суспензий и эмульсий . жидкость — жидкость. Цель изобретения — повышение точности измерений, расширение области применения и упрощение способа. Измеряют любым известным способом или принимают из справочной литературы показатели преломления жидкой и газовой фаз п и и г и их мутности, и, ь „, а удельную л л поверхность контакта фаз определяют по формуле А = 4(е-1) jln(Z /Е)
? . Š— интенсивность света, прошедшего через слой дегазированной жидкости, лк, Š— интенсивность света, прошедшего через слой газожидкостной эмульсии, лк. При этом величина L должна удовлетворять зависимости-d c L с 2d, где d — - максимальный диаметр газового пузыря. 1 ил., 2 табл. На чертеже показана принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.. Устройство состоит из двух светопроводов 1 и 2, установленных на расстоянии L один параллельно другому, источника 3 излучения, фотоприемника 4 и вторичного прибора 5. Измерения с помощью устройства осуществляются следующим образом. 1612245 От источника 3 излучения световои поток проходит по светопроводу 1, затем параллельным пучком через слой исследуемой среды толщиной L. где он 1астично рассеивается и поглощается, достигает светопровода 2 и по нему поступает на фотоприемник 4, где световой сигнал преобраэовывается в электрический и регистрируется вторичным 10 прибором 5. При осуществлении способа в качестве источника излучения используют источник ИК-излучения, в качестве светопроводов — гибкие волоконные свето15 в оды, в качестве вторичного прибора м и.рлиамперметр, Способ осуществляется следующим образом, Предварительно измеряются (при не1 20 обходимости) показатели преломления ж дкой и газовой фаз л и л любьзз г . иввестньь(способом, прйчем для многих веществ эти характеристики известны и могут быть приняты из литературы. Затем измеряют мутности любым известным способом или с помощью устройс гва. По определению мутность — это величина, обратная расстоянию, на кЬтором интенсивность света снижается в е раз. Таким образом, для определенИя мутности измеряют интенсивность I света Е при сомкнутых светопроводах ((l а затем — Е при светопроводах, отс Фоящих на расстоянии L и помещенных в. исследуемую среду, а мутность 3 (м ) 35 рассчитывают по формуле (((Л е (Eo Eo) Ео где е — основание натурального лога- 40 рифма. Измерения проводят для дисперсной фазы и для дисперсионной среды. Мутности наиболее часто употребляемых в производствах веществ могут быть при- 45 няты из литературы. Для определения удельной поверхности контакта фаз датчик сначала помещается в сплошную дегФзированную среду (дисперсионную фаз.p) и измеряется интенсивность про- 50 ш(ведшего через ее слой света Е, а затем - a гаэожидкостную эмульсию и измЕряется интенсивность света Е, Одновременно измеряется газосодержание Ч(любым известным способом . 55 Удельную поверхность А контакта ) фаз определяют по формуле 4(е-1 f t1ï(EO/E) ? "г () - L (я, (1-Ц )) е Т. Р 1 — (и„ /п ) где е - основание натурального логарифма; (. — газосодержание, об. доли; L — толщина просвечиваемого слоя среды, м, Š— интенсивность света прошедО и шего через слой дегазированной жидкости, лк; Š— интенсивность света, прошедшего через слой газожидкостной эмульсии, лк; /1 С и ь „- мутности дисперсионной среды и дисперсной фазы, м В устройстве для фотометрического определения удельной поверхности контакта фаз, содержащем источник излучения, светопроводы и фотоприемник, расстояние межцу светопроводами находится в диапазоне d(LC 2d, где d — максимальный диаметр гаэового пузыря. Диапазон значений зазоров d (L c с 2 d обосновывается тем, что на пути прохождения свЬтового луча не должна находиться одна частица дисперс- ной фазы в тени другой. (L «с 2 d) и частицы (пузыри, капли) не должны деформироваться при прохождении между световодами, а тем более обтекать рабочую зону зона (L ) d). Максимальный диаметр пузырей или капель может быть рассчитан предварительно, исходя из многочисленных зависимостей, основанных на удельной диссипации энергии в аппарате, диаметре барботажных отверстий и пр. Кроме того, контроль с помощью осциллографа позволяет оценить, проходят ли через зазор два пузыря одновременно или нет, При одновременном проходе на осциллограмме видны наложе- ния. Практически в любом аппарате имеется распределение пузырей по размерам, например в аппарате с мешалкой мелкие пузыри †. в зоне мешалки, а крупные — в периферийных зонах аппарата. Условие d c L с 2 d позволяет проводить измерения в любой точке аппарата, регулируя величину 1.. Кроме того, предлагаемый способ может быть использован для опредепения удельной поверхности контакта фаз любых гетерогенных систем. Если принять рассеянный дисперсными частицами свет за фиктивно поглощенный, то 161 2245 где А— 6(P 4 (е-1) In (I o / I) L е 1 — (и /и„,) 1 можно для любой гетерогенной системы записать простое соотношение 1и (Ео /Е) = ° Ь У Ar где с - мутность анализируемой си стемы, м, Ь вЂ” длина пути светового луча в анализируемой системе, м; Е - начальная интенсивность свеО та, лк; Е - интенсивность света, прошедшего через слой анализируемой системы, лк. Для любой гетерогенной системы .. л мутность ь можно выразить уравнением + "с (1 P ) + рас и — мутность дисперсной фа-f. зы, м.; л — мутность дисперсионной среды, м - объемная доля дисперсной фазы; Таким образом, способ может быть применен для определения поверхности контакта фаз любых гетерогенных систем с известной или идентифицированной формой частиц что позволяет оп л ределить величину а рс с. Измерения проводят на экспериментальном стенде. Определяют локальные, значения поверхности контакта фаз в аппарате с мешалкой. Газосодержание определяется по изменению уровня перемешиваемой среды и принимается равномерным по объему аппарата. В качесветопроводов испольэукт гиб- кие стекловолокнистые световоды, а в качестве светоприемника — фотодиод. Исследования проводят на средах с очень малыми мутностями (вода, водл ные растворы ПАВ, воздух), где c (C « +<0,О01 м, поэтому слагаемыми, содержащими эти члены, пренебрегают. Поскольку ток I в цепи фотодиода прямо пропорционален интенсивности светового потока Е, падающего на него, расчетная формула упрощена и имеет вид - мутность, создаваемая за счет рассеяния света поверхностью дисперсных частиц. Величина дс может быть определе.л на исходя из оптических свойств сред и формы дисперсных частиц. Так, на— пример, .для дисперсных частиц сфери1О ческой формы с коэффициентом преломления и меньшим, чем коэффициент преломления сплошной фазы п o л 6@g е I S 4Й (е-1) i 1 о )л где d — диаметр дисперсной частицы,м. На основании приведенных уравнений и принимая во внимание известную зависимость 6Ч д получают выражение для определения поверхности контакта фаз укаэанной 25 системы: 7I( диаметр пузырей рассчитывается по ура вн е нию 35 Пример 1. Определена величина гаэосодержания cp = 0,09. Измерения проводят при расстоянии между световодами L = 0,0105 м. Используют справочные данные, показатель прелом40 ления воздуха и = 1,00; показатель преломления n = 1,33. Результаты измерений и расчетов приведены в табл. 1. Пример 2. Измерения прово-. 45 дят при величине газосодержания g = 0,07 и расстоянии между световодами L = 0,006 м. Используют справоч- . ныее данные: пока з ател ь пр еломл енин воздуха и „= 1,00; показатель прелом50 ления 57-ного водного раствора ПАВ и = 1,33. Результаты измерений представлены в табл. 2. Для оценки результатов измерений по предлагаемому способу параллельно проводят измерения удельной поверхности контакта фаэ кондуктометрическим способом и диаметра пузырей фотографическим спос66см. 1612245 d(Ь(<2 d, 20 о р м у л а и з î б р е т е н и я где d — максимальный диаметр газово - Способ фотометрического определего пузыря, сия удельной поверхности контакта фаз а удельную поверхность А контакта фаз азожидкостной эмульсии, заключающий-" вычисляют иэ выражения А 4(е-1) Г1п (Е /Е) — ? z ° Ч-Ь <,:к (1-q)J е L f1 — (и, /n<) > где е — основание натурального лога- мутность дисперсной фазы,м 1 рифма; (P †величина газосодержания, Е, - интенсивность излучения, об.доли; 0 30 прошедшего чеРез слой дис- 30 „- мутность дисперсионной ср-( персионной среды, лк; ды, м Е - интенсивность излучения, n „— показатель преломления диспрошедшего через слой газо- персной фазы; жидкостной эмульсии, лк; . — показатель преломления дистолщина слоя среды, м 35 . персионной среды. lЪ. ь Таблица 1 Номер Осве точек (сил измеримечание Тp рения Верхняя часть аппарата 90,6 1 100 52 6,0 5,9 137,8 157,9 181,4 2 100 37 27 3,9 3,4 3,0 Вблизи мешалки 140 2,7 100 47 48 104,6 96,0 101, 7 5,2 5,6 5,3 У стенки аппарата 5,4 100 В табл. 2 приведены измерения, выполненные в тех же точках аппарата, но при этом в воду добавлено ПАВ. Размеры пузырей, полученные фотографическим способом, хорошо согласу. ются с размерами, полученными фотоме }рическим способом. Таким образ ом, при реализации сп о оба повышается точность измерения, 10 способ упрощается и расширяется область его применения. Способ можно эффективно использоВать при проведении научно-исследоательских работ, а также при опреде» 15 енин параметров газожидкостной мульсии в промышленных аппаратах, то позволяет оптимизировать техноогический процесс. ся в том, что направляют на эмульсию излучение, измеряют интенсивность излучения, прошедшего через слой эмульсии, направляют излучение той же интенсивности на слой дисперсионной среды той же толщины, измеряют интенсивность излучения, прошедшего через укаэанный слой среды, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, дополнительно измеряют величину газо содержания, мутность дисперсионной среды и мутность дисперсной фазы,измерения проводят для слоя эмульсии толщины L лежащей в диапазоне значений 1612245 Та блица 2 иаметр пузыря, 4; мщ Удельная ПКФ А, ечани отомет- Кондукт ически метриче томет- Фотографи чески чески 103 80 70 61,3 83,4 93,6 Верхняя часть ап50 7,2,парата 2 103 62 55 123,1 152,1 152,1 У стенки аппарата 120 3,0 Составитель В. Калечиц Редактор Н. Бобкова Техред Л.Сердюкова Корректор T Колб Тираж 521 Заказ 3828 Подписное ВКИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб ., д . 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Номер точек измерения 6,8 5,0 4,5 3,4 2,8 2,8
