PL69653Y1 - Stanowisko do pomiaru rozpuszczalnosci gazu, zwlaszcza ditlenku wegla w agresywnych chemicznie roztworach krzemianu sodu - Google Patents

Description

PL 69 653 Y1 2 Opis wzoru Przedmiotem wzoru uzytkowego jest stanowisko do pomiaru rozpuszczalnosci gazu, zwlaszcza ditlenku wegla w agresywnych chemicznie roztworach krzemianu sodu. Znane jest z opisu patentowego US 5172586A stanowisko do wyznaczania cisnienia par cie- klych kompozycji. Cisnienie par cieklych kompozycji, w szczególnosci kompozycji wieloskladnikowych, jest mierzone za pomoca urzadzenia wyposazonego w tlok uruchamiany za pomoca liniowego silow- nika elektrycznego oraz cylinder tworzacy komore. Umieszczenie tloka w cylindrze powoduje zwiek- szanie komory w sposób stopniowy, przy czym cylinder jest umieszczony podluznie, centralnie do osi poziomej, aby zminimalizowac glebokosc cieczy oraz zwiekszyc szybkosc powstawania pecherzy podczas rozszerzania komory, w czasie róznych etapów procesu pomiarowego. Wynikajace cisnienie przy kazdej ekspansji jest okreslane na podstawie wielu pomiarów za pomoca metody najmniejszych kwadratów zblizenia, a wartosc wypadkowa wartosci cisnienia jest ekstrapolowana w celu okreslenia rzeczywistej preznosci par za pomoca aproksymacji liniowej. Urzadzenie jest przystosowane do cia- glego pomiaru cisnienia pary strumienia procesowego przez próbkowanie strumienia przeplywajacego plynu, który jest utrzymywany w stalej temperaturze. Urzadzenie zawiera otwór, który jest zamkniety na jednym koncu za pomoca przetwornika cisnienia, okreslajacego koncowa scianke komory pomia- rowej. Ponadto aparatura pomiarowa wyposazona jest w pompe dozujaca ze zbiornika plyn, który ma byc próbkowany w cieczy. Wspomniany cylinder zawiera wlotowy i wylotowy zawór do wprowadzenia plynu do tej komory i z komory, przy czym wymieniony element zaworowy zawiera zamykane zawory kulowe, majace elementy zamykajace, umieszczone w poblizu wspomnianej komory w taki sposób, aby zminimalizowac ilosc wolnego miejsca pomiedzy wspomnianymi elementami zamkniec. Innym znanym rozwiazaniem jest urzadzenie ujawnione w opisie patentowym US 4862729, w którym opisano sposób pomiaru ilosci gazu zawartego w plynie, obejmujace wprowadzenie materia- lu plynnego w prózni do komory pomiarowej i poprzez zmiane objetosci komory pomiarowej mierzona jest ilosc gazu na podstawie prawa Boyle'a. Urzadzenie posiada korpus z umieszczonymi wewnatrz niego dwiema komorami, z których jedna jest prostopadla do drugiej i polaczona z nia w srodkowej jej czesci, i posiada wewnatrz komore pomiarowa oraz glówne i pomocnicze urzadzenia hydrauliczne, a wewnatrz drugiej komory znajduje sie urzadzenie zaworowe do zamykania komory pomiarowej. Komora pomiarowa ma otwór, który jest podlaczony do zbiornika za posrednictwem otworu wlotowego i wylotowego, które sa wykonane w korpusie. Urzadzenie posiada manometr, który wskazuje cisnienie cieczy w komorze pomiarowej. Wewnatrz drugiej komory znajduje sie tloczysko, które przesuwa sie osiowo w kanale wlotowym w celu otwierania i zamykania otworu w komorze pomiarowej. Tloczysko, poruszajac sie w kierunku lewym, calkowicie zamyka otwór komory pomiarowej. Tlok umieszczony na koncu tloczyska w przedstawionym przykladzie wykonania, jest o podwójnym dzialaniu. Komora cylindra jest polaczona do zródla cisnienia, którym jest pompa pneumatyczna. Pompa polaczona jest za posrednictwem kierunkowego zaworu sterujacego. Tlok posiada na swoim zewnetrznym obwodzie pierscien gumowy, który uruchamia detektory oraz jest elementem uszczelniajacym. Wewnatrz pierw- szej komory umieszczony jest tlok na tloczysku, które wchodzi do komory pomiarowej, zmieniajac jej objetosc. Znana jest metoda pomiaru rozpuszczalnosci ditlenku wegla w cieczy za pomoca rurki mano- metrycznej. W opisywanym aparacie biureta polaczona jest z pipeta absorpcyjna za pomoca miedzia- nych rurek kapilarnych, które umozliwiaja wieksza elastycznosc aparatu. Biureta jest umieszczona w szklanym plaszczu, co pozwala na utrzymanie stalej temperatury podczas pomiaru (+/- 0,1°C). W celu usuniecia powietrza, przed rozpoczeciem badan rozpuszczalnosci, badana ciecz jest gotowa- na lub w przypadku, gdy gotowanie nie jest mozliwe, umieszczana w komorze o nizszym cisnieniu. Rozpuszczalnosc wyznaczana jest ze wzoru PL 69 653 Y1 3 gdzie C 1 – stezenie gazu w fazie cieklej C 2 – stezenie gazu w fazie gazowej v 1 – poczatkowa objetosc gazu w biurecie, mierzona pod cisnieniem P v 2 – koncowa objetosc gazu w biurecie, mierzona pod cisnieniem P+p T – temperatura absolutna (termostatu) T 1 – poczatkowa temperatura gazu w biurecie T 2 – koncowa temperatura gazu w biurecie P – cisnienie barometryczne p – wzrost cisnienia odczytany z manometru p’ – cisnienie par cieczy w pipecie absorpcyjnej w temperaturze T V 1 – objetosc zajmowana przez gaz w pipecie w temperaturze T V 2 – objetosc cieczy absorbujacej gaz w pipecie Modyfikacja procedury pomiarowej metoda absorpcyjna w celu okreslenia rozpuszczalnosci w niskich cisnieniach znana jest z artykulu A. Findlay, T. Williams The influence of colloids and fine suspensions on the solubility of gases in water. Part III solubility of carbon dioxide at pressures lower than atmospheric. Pipeta absorpcyjna jest wypelniona woda lub roztworem koloidalnym, podczas gdy rurka laczaca biurete z pipeta wypelniona jest CO 2 pod cisnieniem atmosferycznym. Dodatkowa kolba podlaczona jest do pipety absorpcyjnej i kilka cm 3 cieczy zostaje wpuszczonych do kolby w celu zwiekszenia cisnienia gazu. Kolejno polaczenie pomiedzy biureta i pipeta jest przerywane i cala ciecz zostaje przelana do kolby. Cisnienie w pipecie absorpcyjnej wynosi wtedy okolo 1/5 cisnienia atmosfe- rycznego. Po osiagnieciu przez plyn w pipecie temperatury termostatu, cisnienie w biurecie jest obni- zane i otwarty zostaje zawór pomiedzy biureta a pipeta, kolejno rozpuszczalnosc mierzona jest zgod- nie z wczesniej opisana procedura. Z kolei w artykule A. Findlay, O.R. Howell The rate of evolution of Carbon Dioxide from solution in presence of colloids 1922 opisano aparature oparta na pomiarze przewodnosci roztworu. Pomiary wykonywane byly za pomoca cylindrycznej komory do badan przewodnosci (o wysokosci 12,5 cm oraz srednicy 3,4 cm) wykonanej ze szkla o wysokiej wytrzymalosci, która umozliwiala latwe podla- czenie wlotu i wylotu gazu oraz uziemienie. W celu desaturacji, zostal podlaczony do naczynia stru- mien powietrza o stalej szybkosci przeplywu przez roztwór. Powietrze bylo oczyszczone z ditlenku wegla poprzez dluga strefe kontaktu powietrza z wodorotlenkiem wapnia Ca(OH) 2 , kolejno przez kolby wypelnione wodorotlenkiem potasu KOH i woda destylowana oraz zanurzona w termostacie kolbe, zawierajaca taka sama ilosc badanego roztworu jak w naczyniu do badania przewodnosci. Dalej na- stepowala stabilizacja temperatury powietrza poprzez przeplyw powietrza przez zanurzona w termo- stacie 2,5 metrowa miedziana cienka spiralna rurke. Przedstawiona procedura jest konieczna w celu wyeliminowania zjawiska wychladzania roztworu strumieniem powietrza. Pomiar wykonywany byl w temperaturze 25°C i polegal na pomiarze poczatkowej przewodnosci roztworu, nasyceniu roztworu CO 2 oraz zmierzeniu przewodnosci koncowej. W przypadku slabych kwasów przewodnosc jest w przyblizeniu proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego ze stezenia, wyrazonego w gramo- równowaznikach/litr. Przykladowe rozwiazania opisane powyzej umozliwiaja dokonanie pomiarów metoda posrednia oraz w wiekszosci wymagaja zaawansowanych, tym samym kosztownych, stanowisk badawczych. Czesto, stosowane powyzej urzadzenia obarczone sa duzym bledem pomiarowym, pochodzacym z nieszczelnosci i zlozonosci urzadzania, w którego sklad wchodzi wiele komponentów posrednich. W przypadku pomiarów rozpuszczalnosci ditlenku wegla w agresywnym chemicznie roztworze krze- mianu niezbedne jest zastosowanie odpornych chemicznie drogich materialów. Celem wynalazku jest stworzenie bezposredniego, prostego, a zarazem taniego urzadzenia do pomiaru rozpuszczalnosci ditlenku wegla i ocena kinetyki procesu rozpuszczania ditlenku w cieczach, ze szczególnym uwzglednieniem wodnego roztworu krzemianu sodu. Urzadzenie to musi byc precy- zyjne oraz latwe w obsludze. Cel ten osiagnieto w rozwiazaniu wedlug wynalazku, w którym stanowisko badawcze do pomia- ru rozpuszczalnosci ditlenku wegla w agresywnych chemicznie roztworach krzemianu charakteryzuje sie tym, ze do podstawy na trzpieniu osadzony jest tlok, na którym spoczywa zorientowana pionowo pomiarowa komora w ksztalcie cylindra cienkosciennego, wykonanego z przezroczystego polipropyle- nu, od góry zakonczona zamykanym, wylotowym króccem, a od dolu kolnierzem, na którym spoczywa PL 69 653 Y1 4 obciaznik, wewnatrz niej umieszczana jest próbka testowanego krzemianu oraz ditlenek wegla, a wzdluz pomiarowej komory znajduje sie pomiarowa skala objetosci pomiarowej komory. Stanowisko badawcze pomiaru rozpuszczalnosci ditlenku wegla ma pomiarowa komore osiowo obciazona obciaznikiem w ksztalcie pierscienia. Zaleta takiego rozwiazania jest stworzenie bezposredniego, prostego, a zarazem taniego urza- dzenia do pomiaru rozpuszczalnosci ditlenku wegla i ocena kinetyki procesu rozpuszczania ditlenku w cieczach, ze szczególnym uwzglednieniem wodnego roztworu krzemianu sodu. Ponadto urzadzenie takie cechuje sie precyzyjnoscia pomiaru oraz jest latwe w obsludze. Przedmiot wynalazku w przykladzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny stanowiska pomiarowego wraz z umieszczonymi w nim próbkami krzemianu oraz ditlenku wegla i opisano ponizej. Glówna czescia stanowiska badawczego do pomiaru rozpuszczalnosci ditlenku wegla 3 w agresywnych chemicznie roztworach krzemianu stanowi komora pomiarowa 5 wykonana z przezroczystego polipropylenu w ksztalcie cylindra cienkosciennego. Objetosc pomiarowa cylindra komory pomiarowej 5 wynosi 20 cm 3 i ustawiona jest prostopadle do podloza. Od góry w osi komory pomiarowej 5 znajduje sie zamykany wylotowy króciec 4, którym do wnetrza cylindra bedzie wprowadzany ditlenek wegla 3 oraz roztwór krzemianu 7. Wylotowym króccem 4 bedzie równiez usuwane powietrze z komory pomiarowej 5, przed wprowadzeniem ditlenku wegla 3. Od dolu cylinder komory pomiarowej 5 posiada kolnierz 10. Na kolnierz 10 po wprowadzeniu czynników do komory pomiarowej 5 naklada sie obciaznik 8. Do wnetrza komory pomiarowej 5 od dolu wprowadzony jest tlok 2, którego konstrukcja zapewnia szczelnosc pomiedzy wprowadzonym tlokiem 2 a scianka cylindra pomiarowego 5. Od dolu tlok posiada trzpien 9, który po wprowadzeniu czynników do komory pomiarowej 5, wkladany jest do podstawy 1. Polaczenie tloka 2 z podstawa 1 jest stabilne i zapewnia prostopadlosc komory pomiarowej 5 wzgledem podloza. Wzdluz pomiarowej komory 5 znajduje sie skala pomiarowa 6, ukazujaca objetosc zajmowana w komorze pomiarowej 5 przez wprowadzone czynniki. Przedmiot wedlug wzoru uzytkowego moze byc stosowany do pomiaru rozpuszczalnosci ditlen- ku wegla w agresywnych chemicznie roztworach krzemianu w takich dziedzinach przemyslu jak np. geoinzynieria, inzynieria chemiczna, ochrona srodowiska naturalnego, przemysl eksploatacji wód mineralnych i inne. PL PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia ochronne 1. Stanowisko badawcze do pomiaru rozpuszczalnosci ditlenku wegla w agresywnych che- micznie roztworach krzemianu, znamienne tym, ze do podstawy (1) na trzpieniu (9) osa- dzony jest tlok (2), na którym spoczywa zorientowana pionowo pomiarowa komora (5) w ksztalcie cylindra cienkosciennego, wykonanego z przezroczystego polipropylenu, od gó- ry zakonczona zamykanym, wylotowym króccem (4), a od dolu kolnierzem (10), na którym spoczywa obciaznik (8), wewnatrz niej umieszczana jest próbka testowanego krzemianu (7) oraz ditlenek wegla (3), a wzdluz pomiarowej komory (5) znajduje sie pomiarowa skala (6) objetosci pomiarowej komory (5).

2. Stanowisko badawcze pomiaru rozpuszczalnosci ditlenku wegla wedlug zastrz. 1, zna- mienne tym, ze pomiarowa komora (5) jest osiowo obciazona obciaznikiem (8) w ksztalcie pierscienia. PL PL