SU913150A1 - Способ определения концентрации газа, растворенного в жидкости 1 - Google Patents

Description

Изобретение относится к технике измерения физических свойств растворов и может быть использовано для определения концентрации газа, растворенного в жидкости, в химической и нефтяной промышленностях.

Известен способ определения концентрации газа, растворенного в жидкости путем измерения изменения давления в газовой подушке измерительной емкости с пробой при дегазации пересьаценного раствора (1).

Недостатком данного способа является то, что он непригоден для непрерывного определения концентрации газа, растворенного в потоке жидкости, так как имеет место отбор пробы жидкости с последующим ее анализом в лабораторных условиях.

Известен также способ определения концентрации газа, растворенного в жидкости путем пропускания жидкости С вращением через сепаратор,_ образования в нем газовой полости с равновесным выделением в нее газа из жидкости и определении концентрации газа [2].

Однако известный способ характеризуется недостаточной скоростью определения искомой концентрации,

2

обусловленной значительным объемом газовой полости, уменьшение которого недопустимо, ввиду увеличения

с возможности попадания капель жидкости в манометрическую линию, что при прочих равных условиях приводит к увеличению погрешности измерения давления Р в газовой полости, а

Ιθ следовательно, и концентрации растворенного в жидкости газа.

Цель достигается тем, что измеряют давление жидкости на входе в сепаратор и объемный ее расход, а оп15 ределение концентрации газа осуществляют по формуле

с =Эг(Р_в,- Р_п- И О*) , (1)

где с - концентрация растворенного 20 в жидкости газа;

36 - коэффициент Генри;

Р^ - давление жидкости на входе

в сепаратор;

Рр - давление насыщенных паров 25 однокомпонентной жидкости

при данной температуре;

Цель изобретения - ускорение определений за счет уменьшения объема

30 газовой полости.

3

913150

0 - объемный расход жидкости

через сепаратор;

к - коэффициент пропорциональности (постоянный для данного сепаратора)..

На фиг. 1 схематично изображен: 5

сепаратор, общий вид; на фиг. 2 график зависимости АР = £(О)²

Сепаратор состоит из цилиндрической замкнутой емкости 1, на боковой поверхности которой с обоих концов 10 выполнены тангенциальные каналы 2 и 3 для подврда и отвода жидкости, соединенные с трубопроводом 4, по которому движется газонасыщенная жидкость. Внутри емкости 1 установ- 15 лена поперечная перегородка 5 с центральным соплом 6, а в торце емкости 1 со стороны выхода располагае^,тся отверстие 7, соединенное трубопроводом 8 через запорный кран 9 с источ- 20 ником газа (не показан).Система измерения включает в себя расходометр жидкости 10, манометры 11 и 12 для измерения давления и термометр 13.

Определение концентрации газа, растворенного в жидкости, осуществляется следующим образом.

Исследуемая жидкость через тангенциальные каналы 2 поступает внутрь сепаратора, где ее частицы, вследствие полученной закрутки, перемещаются по концентрическим окружностям вокруг оси сепаратора со скоростями, обратно пропорциональными расстоянию частиц от этой оси, так что окружная составляющая скорость в каждой точке сопвб

подчиняется закону М_и = --— ,

где г - расстояние частицы жидкости сепаратора величина И_и должна иметь бесконечно большое положительное значение, а давление - бесконечно большое отрицательное значение, что физически невозможно. В действительности, по мере приближения к оси вращения скорость И_и растет, а давление падает, но только до тех пор, пока не станет равным парциальному давлению насыщения ее газом Р_и.

На меньшем радиусе, где парциальное давление становится ниже давления насыщения Р_м, происходит выделение газа из жидкости в виде пузырьков, которые под действием центробежных сил перемещаются к центру сепаратора образуя там устойчивую безрасходную газовую полость (вихрь) с полным давлением Р , представляющим собой сумму парциального давления растворенного в жидкости газа Р_г и давления насьнценных паров однокомпонентной жидкости Р_п

25

30

35

40

45

50

55

60

Р = р_г + р_п

Проведенные исследования показали, что в том случае, если гидравли- 65

ΛΡ = к

где Кμ

ческое сопротивление линии отвода жидкости из сепаратора меньше, чем линии подвода, течение на участке цилиндрической емкости от входных каналов 2 до поперечной перегородки 5 можно рассматривать как течение в центробежной форсунке с выходным соплом 6, через которое жидкость с вращением истекает в другую часть цилиндрической емкости, заполненную газообразной фазой с постоянным давлением Ρ. 3 этом- случае расход жидкости О через сепаратор не зависит от площади выходных каналов 3 и абсолютной величины давления на выходе из сепаратора, а определяется только разностью давлений &Р на вхо|Це в сепаратор Р_вх и газовой полости Р и геометрической характеристикой сепаратора, определяемой как для

центробежной форсунки А = .¾,

I д_х

где К βχ - радиальное расстояние от оси сепаратора до оси канала 2; г_с радиус центрального сопла 6; £суммарная площадь проходных сечений каналов 2.

О² , (2)

- коэффициент пропорциональности ;

- площадь центрального отверстия 6;

- коэффициент расхода, являющийся функцией геометрической характеристики А;

- плотность жидкости. Однако с целью повышения точности

определения концентрации зависимость между ДР и О в предлагаемом способе устанавливается экспериментально путем проливки сепаратора, которую проводят на однокомпонентной рабочей жидкости, при этом давление в газовой полости создают путем подачи в нее газа по трубопроводу 8. Поскольку в этом случае абсолютная величина давления Р может быть выбрана достаточно большой, ее измерение с помощью манометра 12, несмотря на наличие погрешности, вызванной попаданием жидкости в манометрическую линию, может быть произведено с высокой точностью. По результатам проливки строится тарировочный график АР = £(01 , представляющий собой прямую линию, проходящую через начало координат. Тангенс угла наклона этой линии к оси абсцисс равен постоянному для данного сепаратора коэффициенту пропорциональности К. В качестве примера на'фиг. 2 приведена экспериментальная зависимость АР = £(О⁴, полученная в результате проливки на воде сепаратора с разме5

913150

рами Кф, - 20 мм, г_с = 6 мм, ί_&„ =

= 37 мм'², которым соответствует А = 10-2.

Определив из тарировочного графика значение коэффициента к , рассчитывается искомое значение концентрации С . Значения расхода 0 и давления могут быть измерены с очень высокой точностью. Давление насыщенных паров Р_п определяется либо с помощью термодинамических таблиц по измеренной термометром 13 температуре Т, либо непосредственно с помощью специального устройства. Ввиду пологого протекания зависимости Р_п - ί(Т) для большинства исследуемых высококипящих жидкостей требования к точности измерения Т могут быть нещсокими. Величина коэффициента Генри Э6 также находится из таблиц по измеренным значениям Р_рх и Т. При небольших давлениях.Ρβχб{15-20? коэффициент Генри практически не зависит от давления. Для оценки точности определения искомой концентрации С по предлагаемому способу были проведены соответствующие расчеты.

Согласно теории ошибок относительная погрешность определения С по формуле (1) находится из соотношения

ж? ⁶'^{эе + 5}РьС⁵Ри’‘^<54£^^14Х'^гС?1 №

где Зэе 5_рвх, 5ρ_η,3_κ,5₀ - средние квадратичные погрешности определения ЗС,Р_ЙХ, Рр, к и О соответственно.

Анализ результатов проведенных расчетов показал, что несмотря на косвенное измерение давления в газовой полости, точность определения концентрации по предлагаемому способу не ниже, чем по известному способу с учетом погрешности измерения Р, вызванной попаданием капель жидкости в манометрическую линию. Ускорение процесса определения искомой концентрации без снижения точности в предлагаемом способе обеспечивается за счет уменьшения диаметра (объема) газовой полости, что стало возможным в связи с отсутствием прямого измерения давления Р .

Время.X установления равновесного парциального давления газа в газовой. полости (время определения концентрации) при резком изменении концентрации растворенного в жидкости газа определяется по формуле

где т - молекулярный вес газа;

V - объем газовой полости;

К - универсальная газовая

постоянная;

О - расход жидкости через

сепаратор;

92- - коэффициент Генри?

Т - температура жидкости

(газа),'

Р .Р^ - парциальное давление га. за в газовой полости и

на входе в сепаратор (давление насыщения), соответственно.

Из формулы (4) следует, что величина Т при прочих равных условиях определяется объемом газовой полости

Для примера рассчитаем величину-^· применительно к воде, насыщенной воздухом (т = 29, 32 = 2,97*10^_61/м), при О = 10"4 м³/с (0,1л) и двух значениях объема газовой полости V =

= 1θΛι\θ,Ο1 л)и ν=0,2 · ΙΟ'^μ¹ (0,002 л) В качестве времени-ν, определяющем скорость измерения концентрации, примем время, при котором парциальное давление газа в газовой полости Р_г отличается от давления насыщения Р^ на 1%.

В результате расчета было получено в первом случае Г= 18,1 с, а во втором случае Ζ = 3,6 с.

I Таким образом, уменьшение объема газовой полости с 0,01 л до 0,002 л позволяет ускорить процесс определения концентрации растворенного в воде воздуха с 18,1 с до 3,6 с, т.е. в пять раз.

Основным условием реализации предложенного способа является наличие в центре сепаратора безрасходной газовой полости,независимо от ее размера. При этом уменьшение диаметра указанной полости приводит к ускорению процесса определения концентрации растворенного в жидкости газа.

Использование предложенного способа по сравнению с известными позволяет значительно уменьшить время определения концентрации газа, растворенного в жидкости (особенно большой выигрыш имеет место в случае газа , плохо растворимого в данной жидкости , например воздуха в воде)и повысить надежность работы сепаратора, представляющего собой устройство для реализации предложенного способа.

Таким образом, предложенный способ создает новый технический эффект, заключающийся в ускорении процесса определения концен'трации растворенного в жидкости газа, и может найти применение на предприятиях химической и нефтяной промышленности, а также на гидравлических стендах при испытании лопастных насосов, на газонасыщенной жидкости, т.е. в тех областях, где производственные процессы автоматизированы и требуется непрерывное определение их параметров. Ускорение процесса определения концентрации газа в жидкости в свою очередь дает возможность более каΊ

913150

8

чественно контролировать технологические процессы, что в конечном итоге позволит получить экономию в народном хозяйстве.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   4 ·

   Способ определения концентрации газа, растворенного в жидкости путем пропускания жидкости с вращением через сепаратор, образования в нем газовой полости с равновесным выделением в нее газа из жидкости и определения концентрации газа, отличающийся тем, что, с целью ускорения определения за счет уменьшения объема газовой полости, измеряют давление жидкости на входе в сепаратор и объемный ее расход,

   а определение концентрации газа осуществляют по формуле

   С-'ХМЪх-Ри-ка¹),

   где С - концентрация газа, растворенного в жидкости;

   Зй - коэффициент Генри;

   Р_вх - давление жидкости на входе

   в сепаратор;

   Р_п - давление насыценных паров жидкости;

   10 * 9 - объемный расход жидкости;

   К - коэффициент пропорциональI ности.