Устройство для исследования парожидкостного равновесия систем

 

А. Б. Пилюгин, Л. А. Терновской,, Т. К Коноплева и В. И. Томащук (72) Авторы изобретения(73) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРОЖИДКОСТНОГО

РАВНОВЕСИЯ СИСТЕМ

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам, предназначенным для изучения парожидкостного равновесия -систем, необходимого при расчете ректификационных колонн, и может быть использовано в химической, нефтехимической, пишевой и медицинской промышленности.

Для исследования парожидкостного равновесия систем, т.е. для определения тем пературы кипения смеси равновесных сос» тавов жидкости и пара, используют приборы, работаюшие или по принципу однократ ного испарения, или по циркуляционному, или динамическому методу. Наиболее удобными в эксплуатации и наиболее распро страненными являются приборы, работаюшие по циркуляционному типу, из которых наибольшего внимания заслуживает прибор

Джиленси. Он состоит из куба, снабженного электрообогревом, подъемной трубки

20 Коттреля, сепаратора с термометричеэким стаканом, обратных холодильников, приемников жидкости и конденсата пара, 2 ,соединительных трубок возврата жидкости.

ls конденсата пара в куб. Приемники кон денсата пара снабжены двухходовыми кранами для отбора проб.

Однако прибор работает только на го могенных системах. В случае гетероген ных систем нарушается равновесие между паром и двумя жидкими фазами из-юа отсутствия перемешивания и определитель равновесный состав жидкости и пара не возможно.

Известен также прибор, работаюший поциркуляционному методу, применяемый для исследования равновесия между жидкостью и паром как гомогенных, так и гетерогенных систем. Прибор имеет последовательно соединенные между собой куб (представ лякиннй собой плоскодонную колбу), в ко тором находится магнитная мешалка, подьемную трубку, сепаратор с термометричео ким стаканом и вставленным в него тер мометром, холодильник, двухходовой кран для отбора проб конденсата и капельницу.

Г1рибор работает следующим образом, В куб загружают исследуемую смесь, включают подогрев, магнитную мешалку, а двухходоврй кран устанавливают в такое положение, чтобы конденсат пара 5 возвращался в куб. Г1арожидкостная смесь, образующаяся при кипении смеси в кубе, поднимается по подъемной трубке, поступает в сепаратор и орошает термометрический стакан. В сепараторе парожидкостная >0 смесь разделяется на жидкую фазу, стекающую в куб по соединительной трубке, и паровую, которая конденсируется в обратном холодильнике и через двухходовой кран и капельницу поступает в куб. После установления парожидкостного равновесия кран поворачивают в такое положение, чтобы конденсат пара из холодильника стекал в приемник.

Прибор обеспечивает точное определение температуры кипения смеси, так как термометрический стакан находится в контакте как с паровой, так и с жидкой фазой ГЦ.

Однако точный равновесный состав жидкости и пара гетерогенных систем данным прибором определить невозможно, "гак как вследствие недостаточно интенсивного пе- ° ремешивания смеси с помощью магнитной мешалки нарушается равновесие между паром и двумя жидкими <разами.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для исследования парожидкостного равновесия систем, содержащее соединенные по замкнугой схеме циркуляции куб с от35 меткой уровня исследуемой жидкости, выносной кипятильник, выполненный в виде трубки, конец которой введен в куб под отметкой уровня жидкости, измеритель температуры кипения и холодильники.

Прибор работает следующим,образом.

В куб заливают исследуемую смесь до отметки уровня жидкости и нагревают ее до кипения в трубке выносного кипятильника. Образующаяся парожидкостная смесь поступает в куб сбоку по изогнутой час45 ти трубки кипятйльника под верхний слой жидкости, затем по подъемной трубке, в которую вставлен термометр для измерения температурь кипения, в систему об- . ратных холодильников, где конденсируется. Из холодильников конденсат пара по капельнице стекает в приемник, к которому снизу припаян двухходовой кран. Llo установления равновесия кран переключают в такое положение, чтобы конденсат пара по соединительной трубке возвращал, ся в куб. Когда устанавливается равновесие жидкость — пар (которое определяют по постоянной температуре кипения) ° кран переключают, и в приемник собирают пробу конденсата пара.

Этот прибор позволяет определять температуру кипения смеси и получить точные данные по равновесному составу жидкости и пара гомогенных и таких гетерогенных систем, в которых верхний слой имеет более высокую температуру кипения, чем нижний (2 .

Однако в случае гетерогенных систем, где верхний слой имеет более низкую температуру кипения, чем нижний, определение равновесных составов не представляется возможным, так как прибор работает неустойчиво — происходят IIDc TDHHHbfB выбросы парожидкостной смеси из куба и заброс ее в приемник. Кроме того, известный прибор позволяет определять равновесные составы жидкости и пара гомогенных и гетеро» генных систем с небольшой разницей температур кипения компонентов (до 2О—

30 С).

1Лель изобретения — повышение точности в широком диапазоне исследуемых си« стем.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для исследования парожидкостного равновесия систем, содержащем соединенные по замкнутой схеме циркуляции куб с отметкой уровня исследуемой жидкости, выносной кипятильник в виде трубки, конец которой введен в куб, измеритель температуры кипения и холодильники, конец трубки выносного кипятильника установлен по оси куба и соединен с остальной частью трубки через ко лено, расположенное над отметкой уровня жидкости.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид.

Устройство состоит из куба 1 с нане« сенной на нем отметкой уровня заливки исследуемой жидкости, выносного кипятильника 2, снабженного электрообогревом, измерителя 3 температуры кипения, состоящего из сепаратора 4, содержащего термометрический,стакан 5, системы конденсации, состоящей из холодильников 6 и пробоотборного устройства, состоящего из качающейся воронки 7 с впаянным куском металла 8, капельницы 9 и приемника 10 конденсата. Указанные элементы прибора соединены между собой трубками

11, образующими замкцутую систему цир»куля ции.

Устройство работает следующим образом.

868507

Исследуемую гетерогенную смесь - àливают в куб 1 до отметки уровня заливки исследуемой жидкости.

Включают охлаждение системы конденсации и электрообогрев выносного кипятильника. Исследуемую смесь нагревают до кипения в трубке выносного кипятильника. Образующаяся парожидкостная смесь поступает через колено, расположенное над отметкой уровня жидкости, и отогнутый 40 вниз по оси куба конец трубки выносного кипятильника под верхний слой жидкости.

Затем по подъемной трубке парожидкостная смесь поступает в приспособление для измерения температуры кипения, где она 1S сепарируется. Жидкость возвращается в куб, а пар поступает в систему конденсации и пробоотборное устройство. После установления равновесия в устройстве (что контролируется по постоянству тем- 2î пературы в термометрическом стакане) качаюшаяся воронка с помощью магнита отводится в крайнее правое положение и конденсат в количестве 1-2 мл отбирается в приемник конденсата. Состав паро- 2s вой фазы определяется хроматографическим методом.

Прибор испытывают на следующих системах: метилметакрилат (ММА) - вода, метакриловая кислота (МАК) - вода, МАК щ

ММА.

Результаты испытаний для укаэанных систем проверяются на термодинамическое соответствие по методике Вильсона. Максимальное расхождение между расчетными и экспериментальными данными в гете рогенных систем, имеющих более низкую температуру кипения верхнего слоя, чем нижнего, составляет 21,35%, для гомогенных систем с разницей температур кипения компонентов более ЗООС - 7%. Такая точность вполне допустима для практических целей. На известном же приборе такие системы не исследуются из-эа невоэможности получить данные по равновес>ному составу с необходимой точностью.

Предлагаемое изобретения обеспечивает углубленное изучение физико-химических основ выделения ректификацией.

Формула изобретены я

Устройство для исследования парожид- костного равновесия систем, содержащее соединенные по замкнутой схеме циркуляции куб с отметкой уровня исслеуемой жидкости, выносной кипятильник в виде трубки, конец которой введен в куб, измеритель температуры кипения и холодильники, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности в широком диапазоне исследуемых систем, конец трубки выносного кипятильника установлен по оси куба и соединен с остальной частью через колено, расположенное над отметкой уровня жидкости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Коган В. Б.,Фридман В. Н. и Ка; фаров В. В. Равновесие между жидкостью .и паром. М-Л., Наука", 1966, с, 29.

2. То же, с. 28 (прототип).

868507

К Вакууму

Составитель Л. Дикая

Редактор Т. Мермелштайн Техред М. Надь

Корректор У. Пономаренко

Заказ 83 1. О/S 9 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дьлам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4