SU996916A1 - Способ определени коэффициента диффузии в жидких средах - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к технике измерений посто нных массопереноса в жидких растворах и может быть использовано дл  измерени  коэффици- ентов диффузии примесей в жидких средах, обладающих значительной в зкостью в переохлажденном состо нии.

Известен способ измерени  коэффициента диффузии в жидкости, заключающийс  в создании в столбе жидкости границы paздeлaV со скачкообразным изменением концентраций исследуемого вещества и измерении зави:симости электропроводности жидкости от времени в различных сечени х столба по которой суд т о распределении концентрации примеси вдоль столба. Коэффициент диффузии расчитывают из полученной зависимости на основании второго закона Фика ClJОднако данный способ позвол ет измер ть коэффициенты диффузии только в электропровод щих жидкост х .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ определени  коэффициентов диффузии в жидких средах, заключающийс  в формировании столба жидкости с границей раздела из двух растворов с различным содержанием

исследуемого вещества, выдерживании его при посто нной температуре в течение заданного промежутка времени и определении концентрации исследуемого вещества в жидкости на различных рассто ни х от границы раздела. При этом зависимость концентрации от рассто ни  определ ют, измер   показатель преломлени  жид10 кости, а коэффициент диффузии определ ют из полученной зависимости на основании второго закона Фика 2.

Недостатком известного способа  вл етс  низка  точность измерени 

15 при малых концентраци х примеси, обусловленна  незначительны изменением показател  преломлени  при небольших изменени х концентрации примеси .

20

Цель изобретени  - повьшение чувствительности определени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе, заключающемс  в формировании столба жидкости с гра25 ницей раздела из двух растворов с различным содержанием исследуемого вещества, выдерживании tero при посто нной температуре в течение заданного промежутка времени и опре30 делении концентрации исследуемого вещества в жидкости на различных рассто ни х от границы раздела, пос ле вьщержки столба жидкости при пос то нной температуре производ т охлаждение жидкости до переохлажденно го состо ни , внос т в нее затравку кристаллизации и измер ют скорость перемещени  кристаллического фронта на различных рассто ни х от- границы раздела, а концентрацию вещества в различных точках столба жидкости определ ют по зависимости скорости перемещени  кристаллического фронта от рассто ни  до границы раздела. Скорость перемещени  кристаллического фронта при неизменном переохлаждении жидкости однозначно св зана с концентрацией растворенной, примеси и существенно зависит от не даже в области малых концентраций. На фиг.1 показана зависимость скорости перемещени  (V) кристаллического фронта тимола от концентрации (С) в нем воды; на фиг.2 - зависимость скорости V от рассто ни  (X) до границы раздела тимол - вода после выдержки жидкости при 60°С (крива  1) и 90° (крива  2) . Способ осуществл ют следующим образом. В капилл ре с жидкостью создают резкую границу с перепадом концент раций исследуемого вещества, запол н  , например, капилл р поочередно жидкост ми с различной концентрацие растворенного вещества. Капилл р вы держивают при температуре определе ни  коэффициента диффузии в течение заданного промежутка времени t , после чего раствор в капилл ре охлаждают и на кончике иглы внос т кристаллическую затравку, например путем касани  иглой или изоморфным кристаллическим веществом поверхности переохлажденного раствора. В капилл ре после этого начинает распростран тьс  кристаллический фронт раствора со скоростью, измен ющейс  в зависимости от рассто н до границы раздела. Это изменение обусловлено тем, что концентраци  растворенного вещества вблизи гран раздела максимальна и по мере удал ни  от нее постепенно уменьшаетс  падает до нул . Поэтому скорость фронта определ ют последовательно дл  небольших участков длины капил л ра, вз тых на известном рассто НИИ от метки, котора  соответствуе границе раздела, где X 0. Дл  определени  скорости криста лического фронта на указанных отре ках можно использовать секундомер и линейку, а при очень малых скоро т х фронта катетометр или бинокул  ную лупу. Далее наход т искомую концентра цию раствора на малых участках по мм, расположенных на известных рассто ни х X от границы раздела, использу  градуировочные кривые зависимости скорости перемещени  кристаллического фронта от концентрации, полученные в услови х, аналогичнвлх эксперименту. Коэффициент диффузии D рассчитывают по формуле, котора  следует из решени  дифференциального уравнени  второго закона Фика Х/2У5г „ С(х,Т)-Сг 2 € ал, и; где Сд - начальна  концентраци  раствора; С(Х,Т) - концентраци  раствора на рассто нии X от границы раздела по истечении времени Т ; С г - концентраци  раствор емого вещества на границе раздела; -Л - переменна  интегрировани . Предложенным способом измер ют коэффициент диффузии воды в тимоле при 60 и 90°С. При построении градуировочной кривой (фиг.1) тимол сначала обезвоживают кип чением при 230°С 15 мин. Затем в нем раствор ют известное количество воды и определ ют скорость V распространени  фронта кристаллической фазы в капилл ре диаметром 1,7 мм при переохлаждении до 30°С. Аналогично наход т V и при других концентраци х воды. Капилл р с резкой границей тимол - вода выдерживают 1,5 ч при выбранной температуре определени  коэффициента диффузии. После переохлаждени  раствора и внесении в тимол кристаллической затравки определ ют скорость V в зависимости от рассто ни  X до границы раздела (фиг.2). С помощью градуировочной кривой определ ют концентрацию С(Х,С), по которой на основании уравнени  (1) и с учетом начальных, и граничных условий (Со 0,С 100%), так как тимол не раствор етс  в воде) вычисл ют коэффициент диффузии воды в тимоле, который равен 0,26 ± 0,03. при 60°С и 0,34+0,03 см /ч при 90с. Предложенный способ имеет более широкую область применени  по сравнению с известным который не позвол ет зарегистрировать изменение концентрации воды при растворении в тимоле в количествах, указанных на фиг.1. Кроме того, вследствие повышени  чувствительности к изменению концентрации способ позвол ет сократить врем  измерени  коэффициента диффузии.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ определения коэффициента 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, 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,