RU2746238C1 - Способ контроля степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента - Google Patents

Способ контроля степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента Download PDF

Info

Publication number
RU2746238C1
RU2746238C1 RU2020123942A RU2020123942A RU2746238C1 RU 2746238 C1 RU2746238 C1 RU 2746238C1 RU 2020123942 A RU2020123942 A RU 2020123942A RU 2020123942 A RU2020123942 A RU 2020123942A RU 2746238 C1 RU2746238 C1 RU 2746238C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
sorbent
degree
exhaustion
controlled
Prior art date
Application number
RU2020123942A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Георгиевич Дивин
Балабанов Павел Владимирович
Владимир Вячеславович Прилипухов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ")
Priority to RU2020123942A priority Critical patent/RU2746238C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2746238C1 publication Critical patent/RU2746238C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
    • G01N25/48—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on solution, sorption, or a chemical reaction not involving combustion or catalytic oxidation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
    • G01N25/48—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on solution, sorption, or a chemical reaction not involving combustion or catalytic oxidation
    • G01N25/4873—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on solution, sorption, or a chemical reaction not involving combustion or catalytic oxidation for a flowing, e.g. gas sample
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/72—Investigating presence of flaws

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области неразрушающих методов контроля качественного состояния фильтрующе-поглощающих изделий. Заявлен способ контроля степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента, заключающийся в том, что формируют стандартный и контролируемый образцы сорбента в форме плоского насыпного слоя. Поочередно проводят эксперименты со стандартным и контролируемым образцами, в каждом из которых соответствующий образец размещают между источниками тепла. Подводят теплоту к образцу и одновременно вводят в образец поглощаемый компонент. Регистрируют температуры поверхностей образца, приведенных в тепловой контакт с источниками тепла. Определяют степень исчерпания защитных свойств сорбента по формуле способа. Технический результат - повышение точности контроля степени исчерпания защитных свойств насыпного слоя сорбента за счет сравнения мощностей источников тепла сорбции, действующих в контролируемом и стандартном образцах соответственно. 3 ил.

Description

Изобретение относится к области неразрушающих методов контроля качественного состояния фильтрующе-поглощающих изделий.
Известен способ определения дефектов в изделии методом теплового неразрушающего контроля (Патент РФ N 2315983, МПК G01N 25/00). Способ включает нагрев изделия, его последующее охлаждение рабочей средой, в качестве которой используют смесь газа и жидкости, измерение температуры изделия и определение темпа охлаждения для каждой элементарной площадки поверхности изделия.
Недостатками способа являются трудоемкость и энергоемкость, невозможность определения степени исчерпания защитных свойств сорбента.
Известен способ автоматизированного неразрушающего контроля теплофизических свойств фильтрующе-поглощающих систем (Патент РФ №2419783, МПК G01N 25/48). Способ включает измерение температуры, контроль теплового эффекта процесса сорбции при поглощении углеродными сорбентами газо-воздушной смеси с эталонными веществами в динамических условиях, регистрацию изменения температуры поверхности сорбента при прохождении через него газо-воздушной смеси с поглощаемым компонентом. О защитных свойствах косвенно судят по времени от начала продувки до достижения начальной температуры (т.е. до полного остывания).
К недостаткам способа относятся невысокая точность, невозможность определения остаточной емкости по поглощаемому компоненту, необходимость использования эталонной газо-воздушной смеси.
Наиболее близким техническим решением является способ неразрушающего контроля степени исчерпания защитных свойств фильтрующе-поглощающих изделий (Патент РФ №2561014, МПК G01N 25/48). Способ включает бесконтактное измерение температур, контроль теплового эффекта сорбции, определение коэффициента теплоотдачи на поверхности сорбента, омываемой газо-воздушной смесью, содержащей поглощаемый компонент, определение мощности источников теплоты сорбции и скорости сорбции.
К недостаткам способа относится невысокая точность определения степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента, обусловленная погрешностью определения коэффициента теплоотдачи на поверхности сорбента, а также погрешностью определения объемной мощности внутренних источников тепла, действующих в сорбенте. Формулы способа выведены с допущением о равномерном распределении источников тепла сорбции по толщине пластины сорбента. Данное допущение действует при толщинах пластины сорбента не более 1,5…3 мм. С увеличением толщины более 3 мм усиливается неравномерность распределения источников тепла вследствие уменьшения концентрации поглощаемого компонента в слоях сорбента, расположенных глубже от поверхности пластины. Следствием этого является уменьшение точности способа при контроле насыпного слоя сорбента.
Техническая задача изобретения - повышение точности контроля степени исчерпания защитных свойств насыпного слоя сорбента.
Данная техническая задача решается тем, что формируют стандартный образец из неотработанного сорбента и контролируемый образцы сорбента в форме плоского насыпного слоя, поочередно проводят эксперименты со стандартным и контролируемым образцами, в каждом из которых соответствующий образец размещают между источниками тепла, подводят теплоту к образцу и одновременно вводят в образец поглощаемый компонент, регистрируют температуры поверхностей образца, приведенных в тепловой контакт с источниками тепла, определяют степень исчерпания защитных свойств сорбента по формуле
Figure 00000001
где w0i, ki - параметры уравнения
Figure 00000002
Ti(R, τ) - измеренная температура поверхности образца, приведенной в тепловой контакт с источником; Т0 - начальная температура образца;
Figure 00000003
- число Померанцева;
Figure 00000004
- критерий Предводителева; R - половина толщины образца; λ, α - теплопроводность, температуропроводность образца соответственно;
Figure 00000005
- число Фурье;
Figure 00000006
- число Кирпичева; μn=nπ; q - плотность теплового потока от источника тепла; τ1 - время измерения, исчисляемое с начала измерения до момента достижения постоянной скорости изменения температуры; i=1,2 - индексы, относящиеся к стандартному и контролируемому образцам соответственно.
На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа. Образец сорбента формируют в виде насыпного слоя в форме квадратной пластины толщиной 2R со стороной
Figure 00000007
(причем
Figure 00000008
), размещая его между плоскими нагревательными элементами 2. Толщина нагревательных элементов должна быть не менее чем в 10 раз меньше 2R. Ввод газовой смеси с поглощаемым компонентом осуществляют через патрубок 3 в направлении, указанном стрелкой. При поглощении компонента газовой смеси в образце сорбента начинают действовать источники тепла. Предложенное устройство использовалось для контроля хемосорбента на основе KО2, поглощаемый компонент - СО2. В результате реакции хемосорбции выделяется кислород, который стравливается из устройства через патрубок 4. Для повышения точности определения плотности теплового потока от источника тепла в образец в измерительном устройстве используется два дополнительных образца сорбента 5, полностью идентичных по свойствам и размерам образцу 1. Они размещены между нагревательными элементами 2, 6, имеющими одинаковые геометрические размеры и мощность, равную U2/r, где U - напряжение питания нагревательного элемента, r - сопротивление. Поэтому при равенстве мощностей нагревательных элементов 2,6 и геометрических и теплофизических свойств образцов 1,5 плотность теплового потока от нагревательных элементов 2 в образец 1 может быть вычислена по формуле
Figure 00000009
Для измерения температуры поверхностей образца 1, приведенных в тепловой контакт с источниками тепла 2 используются два термоэлектрических термометра 8, горячие спаи которых приведены в тепловой контакт с поверхностью образца 1. Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду используется теплоизоляция 7.
Способ контроля степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента реализуется следующим образом.
Поочередно проводят два эксперимента: первый - со стандартным образцом неотработанного сорбента, второй - с контролируемым образцом. Каждый из образцов формируют в виде насыпного слоя в форме квадратной пластины со стороной
Figure 00000010
и толщиной 2R. Размещают сформированный опытный (стандартный или контролируемый) образец между источниками тепла. Формируют два дополнительных образца сорбента, идентичных опытному. Размещают их между источниками тепла. Регистрируют начальную температуру Т0 поверхности опытного образца, приведенной в тепловой контакт с источниками тепла. Подводят постоянное напряжение U к источникам тепла и одновременно вводят в опытный и дополнительные образцы поглощаемый компонент газовой смеси. Регистрируют температуру T(R, τ) поверхности опытного образца, приведенной в тепловой контакт с источниками тепла до момента достижения постоянной скорости изменения температуры. На фиг. 2 показан пример зависимости от времени температуры поверхности стандартного (кривая Т1) и контролируемого (кривая Т2) образцов сорбента. В приведенном примере при τ1>150 с скорость изменения температуры становится постоянной. По формуле (2) идентифицируют параметры w0i, ki. По формуле (1) определяют степень исчерпания защитных свойств сорбента (фиг. 3).
Формула (1) получена следующим образом. Мощность w внутренних источников теплоты сорбции, действующих в слое сорбента (в опытном образце) пропорциональна скорости поглощения компонента и связана с ней выражением
Figure 00000011
где Н - суммарный тепловой эффект поглощения газового компонента; ρ - плотность газового компонента; ϕi - текущее поглощение (содержание) поглощаемого компонента в единице объема сорбента.
Проинтегрировав последнее выражение в интервале времени поглощения [0, τ1], получим
Figure 00000012
где w0i - объемная мощность источников тепла, действующих в сорбенте в начальный момент времени; - константа.
Степень исчерпания защитных свойств сорбента будем характеризовать величиной ν=ϕ2/ϕ1, где ϕ1, ϕ2 - предельная емкость стандартного образца неотработанного сорбента и контролируемого образца, соответственно. С учетом этого получим
Figure 00000013
Проинтегрировав последнее выражение в интервале [0, τ1] получим расчетную формулу (1).

Claims (7)

  1. Способ контроля степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента, включающий формирование образца сорбента в форме пластины, измерение температуры поверхности образца сорбента, определение мощности источников теплоты сорбции, отличающийся тем, что поочередно проводят эксперименты со стандартным и контролируемым образцами сорбента, в каждом из которых соответствующий образец размещают между источниками тепла, подводят теплоту к образцу и одновременно вводят в образец поглощаемый компонент, степень исчерпания защитных свойств контролируемого образца сорбента определяют по формуле
  2. Figure 00000014
  3. где w0i, ki - параметры уравнения
  4. Figure 00000015
  5. Ti(R, τ) - измеренная температура поверхности образца, приведенной в тепловой контакт с источником; Т0 - начальная температура образца;
    Figure 00000016
    - число Померанцева;
    Figure 00000017
    - критерий Предводителева;
  6. R - половина толщины образца; λ, α - теплопроводность, температуропроводность образца соответственно;
  7. Figure 00000018
    - число Фурье;
    Figure 00000019
    - число Кирпичева; μn=nπ; q - плотность теплового потока от источника тепла; τ1 - время измерения, исчисляемое с начала измерения до момента достижения постоянной скорости изменения температуры Ti(R, τ), i=1,2 - индексы, относящиеся к стандартному и контролируемому образцам соответственно.
RU2020123942A 2020-07-20 2020-07-20 Способ контроля степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента RU2746238C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020123942A RU2746238C1 (ru) 2020-07-20 2020-07-20 Способ контроля степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020123942A RU2746238C1 (ru) 2020-07-20 2020-07-20 Способ контроля степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2746238C1 true RU2746238C1 (ru) 2021-04-09

Family

ID=75353424

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020123942A RU2746238C1 (ru) 2020-07-20 2020-07-20 Способ контроля степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2746238C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1320261A1 (ru) * 1984-10-17 1987-06-30 Ленинградский технологический институт холодильной промышленности Способ измерени абсорбционной емкости жидкого абсорбента
RU2419783C2 (ru) * 2009-06-02 2011-05-27 Федеральное государственное учреждение "33 центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации" (ФГУ "33 ЦНИИИ МО РФ") Способ автоматизированного неразрушающего контроля теплофизических свойств фильтрующе-поглощающих систем
CN103616410A (zh) * 2013-07-25 2014-03-05 胜利油田胜利勘察设计研究院有限公司 一种气体的化学溶剂吸收与解吸反应热测量装置及测量方法
RU2561014C1 (ru) * 2014-04-15 2015-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО "ТГТУ" Способ неразрушающего контроля степени исчерпания защитных свойств фильтрующе-поглощающих изделий
CN107490597A (zh) * 2017-09-19 2017-12-19 北京科技大学 一种同步热跟踪法测定溶液吸收热的装置及测定方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1320261A1 (ru) * 1984-10-17 1987-06-30 Ленинградский технологический институт холодильной промышленности Способ измерени абсорбционной емкости жидкого абсорбента
RU2419783C2 (ru) * 2009-06-02 2011-05-27 Федеральное государственное учреждение "33 центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации" (ФГУ "33 ЦНИИИ МО РФ") Способ автоматизированного неразрушающего контроля теплофизических свойств фильтрующе-поглощающих систем
CN103616410A (zh) * 2013-07-25 2014-03-05 胜利油田胜利勘察设计研究院有限公司 一种气体的化学溶剂吸收与解吸反应热测量装置及测量方法
RU2561014C1 (ru) * 2014-04-15 2015-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО "ТГТУ" Способ неразрушающего контроля степени исчерпания защитных свойств фильтрующе-поглощающих изделий
CN107490597A (zh) * 2017-09-19 2017-12-19 北京科技大学 一种同步热跟踪法测定溶液吸收热的装置及测定方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0347571B1 (en) Method of determining the thermal conduction coefficient of a material, and instrument for the measurement of same
Bulut et al. Indirect measurement of suction
Scanlon et al. 3.2. 4 Miscellaneous methods for measuring matric or water potential
Bulut et al. Comparison of total suction values from psychrometer and filter paper methods
Pause Measuring the water vapor permeability of coated fabrics and laminates
RU2746238C1 (ru) Способ контроля степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента
US4149402A (en) Analytical method for determining desorption isotherm and pore size distribution of an absorbent material
RU2561014C1 (ru) Способ неразрушающего контроля степени исчерпания защитных свойств фильтрующе-поглощающих изделий
Gustavsson et al. Thermal conductivity as an indicator of fat content in milk
RU2530441C1 (ru) Способ неразрушающего контроля комплекса теплофизических характеристик твердых строительных материалов и установка для его осуществления
CN105044149A (zh) 一种测量不同含水条件下绝热材料导热系数的方法
RU2753593C1 (ru) Способ контроля степени исчерпания защитных свойств фильтрующе-поглощающих изделий в форме пластин
Somerton et al. Ring heat source probe for rapid determination of thermal conductivity of rocks
SU1069527A1 (ru) Способ определени теплофизических характеристик материала под давлением
SU1545148A1 (ru) Устройство дл определени теплофизических характеристик зернистых материалов
RU2613591C1 (ru) Способ определения удельной теплоемкости сыпучих материалов
RU2523090C1 (ru) Способ определения удельной теплоемкости материалов
RU2788562C1 (ru) Способ определения комплекса теплофизических характеристик твердых строительных материалов
RU2329492C2 (ru) Способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов и устройство для его осуществления
RU2598699C1 (ru) Способ определения температурной зависимости степени черноты (варианты)
Wang et al. Measurement of thermal conductivity dryout and SWCC curves for sands using a modified hanging column device
Canney et al. Three-way thermal conductivity instrument comparison
SU958937A1 (ru) Способ определени термического сопротивлени
RU2752398C1 (ru) Способ совокупного измерения теплопроводности разнородных твердых материалов и устройство для его осуществления
US2666897A (en) Method and apparatus for measuring moisture content