SU1612245A1

SU1612245A1 - Способ фотометрического определени удельной поверхности контакта фаз газожидкостной эмульсии

Info

Publication number: SU1612245A1
Application number: SU884431896A
Authority: SU
Inventors: Галина Васильевна Горбачева; Виталий Владимирович Горбачев; Владимир Петрович Ананьев; Александр Владимирович Шишкин
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6956
Priority date: 1988-05-27
Filing date: 1988-05-27
Publication date: 1990-12-07

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и приборостроению и может быть использовано в различных отрасл х народного хоз йства дл определени удельной поверхности контакта фаз газожидкостных эмульсий, а также суспензий и эмульсий жидкость-жидкость. Цель изобретени - повышение точности измерений, расширение области применени и упрощение способа. Измер ют любым известным способом или принимают из справочной литературы показатели преломлени жидкой и газовой фаз N_ж и N_г и их мутности Τ_ж и Τ_г, а удельную поверхность контакта фаз определ ют по формуле А=4(е-1)[LN(Е_о/Е)-L^.Τ_г ^.ϕ-L^. _ж(1-ϕ)]/ е^.L^.[1-(N_г/N_ж)²], где е - основание натурального логарифма

ϕ - газосодержание, объемные доли

L - толщина просвечиваемого сло среды, м

Е_о - интенсивность света, прошедшего через слой дегазированной жидкости, лк

Е - интенсивность света, прошедшего через слой газожидкостной эмульсии, лк. При этом величина L должна удовлетвор ть зависимости DΛ≤2D, где D - максимальный диаметр газового пузыр . 1 ил., 2 табл.

Description

Изобретение относитс к области измерительной техники и приборостроени и может быть использовано в раз-личных отрасл х народного хоз йства дл определени удельной поверхности контакта фаз газожидкостных эмульсий, а также суспензий и эмульсий жидкость - жидкость.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерений.

На чертеже показана принципиальна схема устройства, реализующего предлагаемый способ..

Устройство состоит из двух светопроводов 1 и 2, установленных на рас- Ьто нии L один параллельно другому, источника 3 излучени , фотсэприемника 4 и вторичного прибора 5.

Измерени с помощью устройства осуществл ютс следуюшдм образом.

От источника 3 излучени световой Поток проходит по светопроводу 1, параллельным пучком через слой исследуемой среды толщиной L. где он Частично рассеиваетс и поглощаетс . Достигает светопровода 2 и по нему поступает на фотоприемник 4, где све- сигнал преобразовываетс в электрический и регистрируетс вторичным прибором 5.

: При осуществлении способа в качест- В|е источника излучени используют источник ИК-изл чени , в качестве све- тЬпроводов - гибкие волоконные свете- В|оды, в качестве вторичного прибора - м|арлиамперметр.

: Способ осуществл етс следующим образом.

Предварительно измер ютс (при необходимости ) показатели преломлени жэдкой и газовой фаз п. и п любым и|звестньм способом, причем дл многих веществ эти .характеристики известны и могут быть прин ты из литературы. Затем измер ют мутности любым извест- HJ3IM способом или с помощью устройства . По определению мутность - это в№1чина, обратна рассто нию, на кЬтором интенсивность света снижаетс в е раз. Таким образом, дл определени мутности измер ют интенсивность с.рета EJJ сомкнутых светопроводах, а затем - Е при светопроводах, от- сто щих на рассто нии L и помещенных

1612245 где

10

Е

15

20

25

30

. в исследуем;ю средуГ а мутность Т ) 35 диаметр пузьфей или Р ссчитьшаюГпо .,nnLL ь может быть .рассчитан предварфссчитьшают по формуле

- основание натурального ло рифма;

Cf - газосодержание, об. доли; L - тол1чина просвечиваемого

сло среды, м;

Е - интенсивность света, прош щего через слой дегазиров ной жидкости, лк; интенсивность света, прош шего через слой газожидко ной эмульсии, лк; т мутности дисперсионной сре

и дисперсной фазы, . В устройстве дл фотометрическог определени удельной поверхности ко такта фаз, содержащем источник излу чени , светопроводы и фотоприемник, рассто ние ме щу светопроводами находитс в диапазоне

d L 2 d,

где d - максимальный диаметр газово го пузыр .

Диапазон значений зазоров d : L 2 d обосновываетс тем, 4Td на п ти прохождени светового луча не до жна находитьс одна частица дисперс ной фазы в тени другой. (L 2 d) и частицы (пузьфи, капли) нё должны деформироватьс при прохождении меж световодами, а тем более обтекать рабочую зону зона ().

Максимальньй диаметр пузырей или

рительно, исход из многочисленных зависимостей, основанных на удельной диссипации энергии в аппарате, диа - метре барботажных отверстий и пр. Кроме того, контроль с помощью осцил лографа позвол ет оценить, проход т ли через зазор два пузыр одновременно или нет. При одновременном про ходе на осциллограмме видны наложени .

f

е (ЕО - ЕО)

r;ke е

40

ЕГТь

основание натурального логарифма .

Измерени провод т дл дисперсной Фйзы и дл дисперсионной среды. Мут- нфсти наиболее часто употребл емых в П роизводствах веществ могут быть при- 45

нАты из литературы. Дл определени удельной поверхности контакта фаз датчик сначала помещаетс в сплощную дегазированную среду (дисперсионную фа- з;у) и измер етс интенсивность про- 50 шедшего через ее слой спета Е,,, а за- Т(&м - в газожидкостную эмульсию и из- М(6р етс интенсивность света Е. Одно- в)еменно измер етс газосодержание ( любым Известным способом.

Удельную поверхность А контакта ФАз определ ют по формуле

рительно, исход из многочисленных зависимостей, основанных на удельной, диссипации энергии в аппарате, диа - метре барботажных отверстий и пр. Кроме того, контроль с помощью осциллографа позвол ет оценить, проход т ли через зазор два пузыр одновременно или нет. При одновременном проходе на осциллограмме видны наложени .

Практически в любом аппарате имеетс распределение пузьфей по размерам , например в аппарате с мешалкой мелкие пузыри - в зоне мешалки, а крупные - в периферийных зонах аппарата . Условие d L 2 d позвол ет 1 проводить измерени в любой точке аппарата, регулиру величину L.

Кроме того, предлагаемый способ 55 может быть использован дл определени удельной поверхности контакта фаз любых гетерогенных систем. Если приvi/tiio ищ см ллпд IIU ujuuMVJit;г,,«к.

4(е-1П1п{Е /E)-L. г . СР I ПЧ Лгетерогенных систем. Если при

А -i - J-JJ-l iE /E) L J,. ( еж (1-)Jн ть рассе нньй дисперсными частица.

LI J .ми свет за фиктивно поглощенный, то

612245 где

10

Е

15

0

5

0

5 диаметр пузьфей или ь может быть .рассчитан предва- основание натурального логарифма;

сло среды, м;

Е - интенсивность света, прошед- щего через слой дегазированной жидкости, лк; интенсивность света, прошедшего через слой газожидкост- ной эмульсии, лк; т мутности дисперсионной среды

и дисперсной фазы, . В устройстве дл фотометрического определени удельной поверхности контакта фаз, содержащем источник излучени , светопроводы и фотоприемник, рассто ние ме щу светопроводами находитс в диапазоне

d L 2 d,

где d - максимальный диаметр газового пузыр .

Диапазон значений зазоров d : L 2 d обосновываетс тем, 4Td на п у- ти прохождени светового луча не должна находитьс одна частица дисперсной фазы в тени другой. (L 2 d) и частицы (пузьфи, капли) нё должны деформироватьс при прохождении между световодами, а тем более обтекать рабочую зону зона ().

Максимальньй диаметр пузырей или

диаметр пузьфей или ь может быть .рассчитан предварительно , исход из многочисленных зависимостей, основанных на удельной, диссипации энергии в аппарате, диа - метре барботажных отверстий и пр. Кроме того, контроль с помощью осциллографа позвол ет оценить, проход т ли через зазор два пузыр одновременно или нет. При одновременном проходе на осциллограмме видны наложени .

5 1612245

можно дл любой гетерогенной системы записать простое соотношение

In (Ер/Е) С- мутность анализируемой си стемы , - длина пути светового луча

в анализируемой системе, м начальна интенсивность света , лк;

- интенсивность света, прошедшего через слой анализируемой системы, лк. любой гетерогенной системы . ь (/ можно выразить уравнением

f

0 - 0

(1-(f,)V ,

,

-мутность дисперсной фазы ,

-мутность дисперсионной среды, м ;

- объемна дол дисперсной фазы;

5

рас мутность, создаваема за счет рассе ни света поверхностью дисперсных частиц .

Величина- С рас может быть определеИСХОЛЯ Ич пггтмтт лг л« -л.:

на исход из оптических свойств сред и формы дисперсных частиц. Так, например , .дл дисперсных частиц сфери- р ческой формы с коэффициентом преломлени п меньшим, чем коэффициент

преломлени сплошной фазы п

С

15

л 6 (-Рд е Г . -1 fac Ad(ri-) l - K/n)J

где d - диаметр дисперсной частицы, м.

На основании приведенных уравнении и принима во внимание известную 2Q .зависимость

А бСР

А,

получают выражение дл определени поверхности контакта фаз указанной 25 системы:

А )ln(Eo/E) - L L - е

Таким образом, способ может быть применен дл определени поверхности контакта фаз любых гетерогенных систем с известной или идентифицированной формой частиц, что позвол ет определить величину 6 рдсИзмерени провод т на экспериментальном стенде. Определ ют локальные . значени поверхности контакта фаз в аппарате с мешалкой. Газосодержание определ етс по изменению уровн перемешиваемой среды и принимаетс равномерным по объему аппарата. В каче- светопроводов используют гиб- кие стекловолокнистые световоды, а в качестве светоприемника - фотодиод.

Исследовани провод т на средах с очень малыми мутност ми (вода, водные растворы ПАВ, воздух) , где t),. : «С;((0,001 м, поэтому слагаемыми, содержапщми эти члены, пренебрегают. Поскольку ток I в цепи фотодиода пр мо пропорционален интенсивности светового потока Е, падающего на него, расчетна формула упрощена и имеет вид

А

4 Се-1) In .(lo/I) L- ер - (Пг/п)П

eg. Ч - L )

V (n;/n)2j

Диаметр пузырей

30

уравнению

d А

35

0

Пример 1. Определена величина газосодержани ( 0,09. Измерени провод т при рассто нии между . световодами L 0,0105 м. Используют справочные данные, показатель преломлени воздуха пр 1,00; показатель преломлени П; 1,33.

Результаты измерений и расчетов приведены в табл. 1.

Пример. 2. Измерени йррво- 5 д т при величине газосодержани (р 0,07 и рассто нии между световодами L 0,006 м. Используют справоч-. ные данные: показатель преломлени воздуха п Т,00; показатель пр елом- лени 5%-ного водного раствора ПАВ п

0

Ж 1.33.

Результаты измерений представлены в табл. 2.

Дн оценки результатов измерений 5 по предлагаемому способу параллельно провод т измерени удельной поверхности контакта фаз кондуктометричес- ким способом и диаметра пузырей фотографическим способом.

В табл, 2 приведены измерени , выполненные в тех же точках аппарата, но при этом в воду добавлено ПАВ.

Размеры пузьфей, полученные фотографическим способом, хорошо согласу- с размерами, полученными фотоме- 1|рическим способом.

I Таким образом, при реализации спо- 4оба повышаетс точность измерени } с|пособ упрощаетс и расшир етс об- jjacTb его применени . i Способ можно эффективно использо- ать при проведении научно исследо- ательских работ, а также при опреде- J|eнии параметров газожидкостной

мульсии в промышпенных аппаратах, то позвол ет оптимизировать технологический процесс.

20

рмула изобретени

пособ фотометрического определе- удельной поверхности контдкта фаз жидкостной эмульсии, заключающий-А i gHll- llLjEp/E) - L., -Ф-Ь-ож (i-(f)l

е L 1 - (Пг/п)23

основание натурального логарифма;

интенсивность излучени , прошедшего через слой дисперсионной среды, лк; интенсивность излучени , прошедшего через слой газожидкостной эмульсии, лк; толщина сло среды, м;

где d - максимал

го пузыр

а.удельную повер вычисл ют из вьф

Е

30

35

Ср - мутност ( - величин

. об.доли

мутност ды, м ;

п р - показат персной

п.- показат персион

излучение, измер ют интенсивность излучени , прошедшего через слой эмульсии, направл ют излучение той же интенсивности на слой дисперсионной среды той же толщины, измер ют интенсивность излучени , прошедшего через указанный слой среды, отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерений, дополнительно измер ют величину газо - содержани , мутность дисперсионной среды и мутность дисперсной фазы,- измерени провод т дл сло эмульсии толщины L, лежащей в диапазоне значений

d L « 2 d.

где d - максимальный диаметр газово-

го пузыр ,

а.удельную поверхность А контакта-фаз вычисл ют из вьфажени

,-.

Ср - мутность дисперсной фазы, ( - величина газосодержани ,

. об.доли; .

мутность дисперсионной среды , м ;

п р - показатель преломлени дисперсной фазы;

п.- показатель преломлени дис- персионной среды.

Claims

формула изобретения Способ фотометрического определения удельной поверхности контакта фаз газожидкостной эмульсии, заключающий' А = (Ер/Е) ’ (п_г /п*) ² J где е ,е L [ I

- основание натурального логарифма;

- интенсивность излучения, прошедшего через слой дисперсионной среды, лк;

- интенсивность излучения, прошедшего через слой газожидкостной эмульсии, лк;

- толщина слоя среды, м;

максимальный диаметр газового пузыря,

а.удельную поверхность А контакта-фаз вычисляют из выражения

L· с |- •Ч’ —L-g* (1-(^)1 !>

где дисперсной фазы,м~^ газосодержания, ^ПГ мутность величина об.доли; мутность ды, м ; показатель преломления церсной фазы; показатель преломления персионной среды.

Таблица 1 дисперсионной ере· дисдис

L

Номер точек измерения Освещенность (сила тока), мА Удельная ПКФ А, м* Диаметр пузыря, d, мм Примечание I .. Фотометрически Кондуктометрически Фотометрически Фотографически 1 100 52 90,6 96 6,0 5,9 Верхняя часть аппарата 2 100 37 137,8 3,9 Вблизи мешал- 32 157,9 140 3,4 2,7 ки 27 181,4 3,0 3 100 47 104,6 5,2 У стенки ап- 50 96,0 100 5,6 5,4 парата 48 101,7 . 5,3

О Гб 12245 10 Табл и ц а 2 Номер Освещенность Удельная ПКФ А, м“⁴ Диаметр пузыря, Примечание точек (сила тока), <1, мм изме- мА рения ---- — --- - V I Фотомет- Кондукто- Фотомет- Фотографи- рически метрически рически чески 1 103 80 61,3 6,8 Верхняя 73 83,4 50 5,0 7,2 часть ап- 70 93,6 4,5 .парата 2 103 62 12з; 1 3,4 У стенки 55 152,1 120 2,8 3,0 аппарата 55 152,1 2,8