Способ определения коэффициента диффузии в жидких средах

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и>99691 6

Союз Советских

Социалистических

Республик (61)Дополнительное к авт. свид-ву—

{22) Заявлено 050881 {21)3324991/18-25 с.присоединением заявки М—

t$1)hh KJl з

G 01 N 13/00

{23) Приоритет

Государствеииый комитет

СССР йо делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 150283. Бюллетень Ноб

Дата опубликования описания 1502;83 (53) УДК 533.15 (068, 8) " Щ :.®д

{71) Заявитель

Грозненский ордена Трудового Красного Знамени нефтяной институт им. акад. М.Д. Миллионщикова (5 4 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ

В ЖИДКИХ СРЕДАХ

I 1

Изобретение относится к технике измерений постоянных массопереноса в жидких растворах и может быть использовано для измерения коэффици-. ентов диффузии примесей н жидких средах, обладающих значительной вязкостью в переохлажденном состоянии.

Известен способ измерения коэффициента диффузии в жидкости, зак- лючающийся в создании в столбе жидкости границы раздела:со скачкообразным изменением концентрации исследуемого вещества и измерении за" висимости электропроводности жидкости от времени в различных сечениях столба; по которой судят о распределении концентрации примеси вдоль столба. Коэффициент диффузии расчитывают иэ полученной зависимости на основании второго закона Фика (1)

Однако данный способ позволяет измерять коэффициенты диффузии только в электропроводящих жидкостях.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения коэффициентов диффузии в жидких средах, заключающийся в формировании столба жидкости с границей раздела из двух растворов с различным содержанием исследуемого вещества, выдерживании его при постоянной температуре в течение заданного промежутка времени и определении концентрации исследуемого вещества в жидкости на различных расстояниях от границы раздела. При этом зависимость концентрации от. расстояния определяют,иэмеряя показатель преломления жидкости, а коэффициент диффузии-определяют иэ полученной зависимости на основании второго закона Фика f2).

Недостатком известного способа является низкая точность измерения при малых концентрациях примеси, обусловленная незначительным изменением показателя преломления при небольших изменениях концентрации примеси.

Цель изобретения — повыавние чувствительности определения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, заключающемся в формировании столба жидкости с гра25 ницей раздела из двух растворов с различным содержанием исследуемого вещества, выдерживании его при пос- тоянной температуре в течение заданного промежутка времени и опреЗО делении концентрации исследуемого

996916 вещества в жидкости на различных расстояниях от границы раздела, после выдержки столба жидкости при постоянной температуре производят охлаждение жидкости до переохлажденного состояния, вносят в нее затравку кристаллизации и измеряют скорость перемещения кристаллического фронта на различных расстояниях от.границы раздела, а концентрацию вещестна в различных точках столба жидкости определяют по зависимости скорости перемещения кристаллического фронта от расстояния до границы раздела.

Скорость перемещения кристаллического фРонта при неизменном пеРеохлаждении жидкости однозначíо сняв зана с концентрацией растворенной примеси и существенно зависит от нее даже н области малых концентраций.

На фиг.1 показана зависимость скорости перемещения (V) кристаллического фронта тимола от концентрации (С) в нем воды; на фиг.2 — зависимость скорости V от расстояния (Х) до границы раздела тимол — вода после выдержки жидкости при 60 С (кривая 1) и 90 (кривая 2), Способ осуществляют следующим образом, В капилляре с жидкостью создают резкую границу с перепадом концент- 30 раций исследуемого вещества, заполняя, например, капилляр поочередно жидкостями с различной концентрацией растворенного вещества. Капилляр выдерживают при температуре определения коэффициента диффузии в течение заданного промежутка времени после чего раствор в капилляре охлажцают и на кончике иглы вносят кристаллическую затравку, например, путем касания иглой или изоморфным кристаллическим веществом поверхности переохлажденного раствора.

В капилляре после этого начинает распространяться кристаллический фронт раствора со скоростью, изменяющейся н зависимости от расстояния до границы раздела. Это изменение обусловлено тем, что концентрация растворенного вещества вблизи границы раздела максимальна и по мере удаления от нее постепенно уменьшается и падает до нуля. Поэтому скорость фронта определяют последовательно для небольших участков длины капилляра, взятых на известном расстоянии от метки, которая соответствует границе раздела, где Х = О, Для определения скорости кристаллического фронта на указанных отрезках можно использовать секундомер 60 и линейку, а при очень малых скоростях фронта катетометр или бинокулярную лупу.

Далее находят искомую концентрацию раствора на малых участках по

3-.10 мм, расположенных на известных расстояниях Х от границы раздела, используя градуировочные кривые занисимости скорости перемещения кристаллического фронта от концентрации, полученные в условиях, аналогичных эксперименту.

Коэффициент диффузии D рассчитывают по формуле, которая следует из Решения дифференциального уравнения второго закона Фина .

x/2 /ä Г с(х,") c -л

6 ал, (11 со о где Co — начальная концентрация раствораа;

C(X,Г) — концентрация раствора на расстоянии Х от границы раздела по истечении времени

Сг — концентРаЦиЯ РаствоРЯемого вещества на границе раздела; переменная интегрирования, Предложенным способом измеряют коэффициент диффузии воды н тимоле при 60 и 90 С.

При построении градуировочной кривой (фиг.1) тимол сначала обезвоживают кипячением при 230 С 15 мин.

Затем в нем растворяют известное количестно воды и определяют сКорость V распространения фронта кристаллической фазы н капилляре диаметром 1,7 мм при переохлаждении до

30 С. Аналогично находят V и при других концентрациях воды.

Капилляр с резкой границей тимол — вода выдерживают 1,5 ч при выбранной температуре определения коэффициента диффузии. После переохлаждения раствора и ннесении в тимол кристаллической затравки определяют скорость V в зависимости от расстояния Х до границы раздела (фиг.2) .

С помощью градуироночной кривой определяют концентрацию С(X 4) по которой на основании уравнения (1) и с учетом начальных и граничных условий (Со= О,С = 100%), так как тимол не растворяется в воде) вычисляют коэффициент диффузии воды в тимоле, который равен 0,26 +

0,03. см /ч при 60ОС и 0,34+0,03 см /ч при 90 С.

Предложенный способ имеет более широкую область применения по сравнению с известным, который не позволяет зарегистрировать изменение концентрации воды при растворении в тимоле в количестнах, указанных на фиг.1. Кроме того, вследствие повышения чунствительности к изменению концентрации способ позволяет сократить время измерения коэффициента диффузии.

996916

Формула иэобрет ения

0,18. 01f

0,1Ф

0,12

010

Фж,1

-Э

0,21

0,Ц

Фиг.2

Способ определения коэффициента диффузии в жидких средах, заключающийся в формировании столба жидкости с границей раздела из двух растворов с различным соцержанием исследуемого вещества, выдерживании его при постоянной температуре в течение заданного промежутка времени и определении концентрации исследуемого вещества в жидкости на различных расстояниях от границы раздела, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности определения, после выдерживания столба жидкости при постоянной температуре жидкость охлаждают до переохлажденного состояния вносят в нее затравку кристаллизации и измеряют скорость перемещения кристаллического фронта на различных расстояниях от границы раздела, а концентрацию

5 вещества в различных точках столба жидкости определяют по зависимости скорости перемещения кристаллического фронта от расстояния до границы раздела.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 591752, кл. G 01 N 13/00, 1976.

2. Робинсон Р., Стокс Р. Растворы электролитов. M., ИЛ, 1963, с.315323 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 923/61

Тираж 871 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä,óë.ÏðoåêTHàÿ,4