Способ определения теплоты смешения газов

 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для физико-химического анализасмесей. Способ осуществляют с помощью двухбаллонного термодиффузионного аппарата. Подают газовую смесь в аппарат и измеряют HCKONOie параметры, по которым рассчитывают теплоту смешения. Для повышения точности измерений перед подачей газовой смеси в аппарат создают градиент температур и измеряют раз-, ность концентраций при двух значениях давления газовой смеси в аппарате ( минимальном и максимальном). Величину минимального давления выбирают в пределах 0,1 - 1,5 МПа и рассчитывают теплоту смешения по формуле н 5(Ц - k), -. х Тр -Гр где Н - теплота смешения; R - универсальная газовая постоянная; Т - температура, х - молярная доля, - термодиффузионное отношение .при максимальном давлении, k-r,- термодиффузионное отношение при минимальном давлении. 1 ил. (Л с tc со 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1!

5!1 4 G 01 Н 27/46 описания изов етЕНИЯ

К ASTOPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3614718/24-25 (22) 30.06.83 (46) 23.05.86. Бюл. !! - 19 (7!) Институт прикладной физики

АН БССР (72) Т.Н.Абраменко, А.Ф.Золотухина, Е.А.Шашков, В.А.Курбатов и Н.А.Нестеров (53) 543.247 (088.8) (56) Алтунин В.В., Бондаренко В.Ф,, Кузнецов Д.О. Теплота смешения газов при низких давлениях, ТВТ, 1977, !! 12, с. 216-218.

Котоусов Л,С. Измерение теплоты смешения простых умеренно разреженных газов. ЖФХ. т.XVI, вып.4, 1972, с. 863-866. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОТЫ CNEШЕНИЯ ГАЗОВ (57) Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для физико-химического анализа. смесей. Способ осуществляют с помощью двухбаллонного термодиффузи„„80„„1233015 онного аппарата. Подают газовую смесь в аппарат и измеряют искомые параметры, по которым рассчитывают теплоту смешения. Для повышения точности измерений перед подачей газовой смеси в аппарат создают градиент температур и измеряют раэ- ° ность концентраций при двух значениях давления газовой смеси в аппарате (минимальном и максимальном).

Величину минимального давления выбирают в пределах 0,1 - 1,5 МПа и .рассчитывают теплоту смешения по формуле где Н â€”; R - -униE версальная газовая постоянная; Т— температура, х„ — молярная доля, — термодиффузионное отношение при максимальном давлении, термодиффузионное отношение при минимальном давлении. ил.

1233015

Изобретение относится к техничес. кой физике и может быть использовано для физико-химического анализа газОвых смесей в

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На чертеже представлено устройство для определения теплоты смешения газов.

Термодиффузионный аппарат содержит два баллона 1 и 2, соединенных между собой, ячейку 3 сравнения, измерительный 4 и сравнительный 5 датчики и индикатор 6, например самспишущий потенциометр.

Измерительный датчик 4 установлен в баллоне 2, сравнительный 5 — в ячейке сравнения . Датчики ч и 5 соединены с индикатором 6 но мостовой схеме.

Способ осуществляется следующим образом.

Газовой смесью, например смесью гелий — аргон, заполняют одновременно предварительно термостатированный двухбаллонный аппарат с наложенным температурным градиентом, и ячейку сравнения, причем давление смеси составляет 0,1 МПа, что соответствует состоянию rasa, характеризуемому уравнением состояния Р nkT где

Т вЂ” температура, Р— давление„ а — число молекул, k, — постоянная

Бот ЬЦМаиа, ПРИ КОтОРОй ПРОВОДИТСЯ эксперимент, этим условиям соответствует измеренное в процессе эксперимента термодиффузионное отношение k . тр ,Изменение состава смеси в результате термодиффузионного разделения, вызывает изменение сопротивления измерительного датчика, что регистрируется индикатором (самопишуцим по-= e:-чuиoметрo«). Разница показаний из"ерительного и сравнительного датчилов соединенных с индикатсром НО Отенпиометрической схеме, дает велиину разности концентраций дх1 х 1 — х„2 которая используется для определения величины термодиффуэионного отношения

= ьх,/In(T„ /Т ), 1. где Т, и Т вЂ” температуры баллонов

I т

Далее путем запуска дополнительной порции газовой смеси в двухбаллонный аппарат и ячейку сравнения увеличивают давление до величины Р, что соответствует состоянию смеси, Описываемой уравнением состояния

Р = МТ (I+In g), где g- коэффициент активности, при той же температуре

Опыта, этим условиям соответствует измеренное значение термодиффуэионНОГО ОТНОШЕНИЯ т- Ф т9

Теплота смешения рассчитывается по соотношению

Н )

=:-- (k -k ) или

ВТ tq

;н

7Я

ЗО

35 лб

1 !

С1

Н = — (k — k ), е RT т р 1 где Н â€”; R— универсальная газовая постоянная, Т вЂ” температура; x — молярная доля, k лх, /In(T /Т ) — термо:,диффузионное отношение при максимальр ном давлении; дх„ — разность концентраций при максимальном давлении;

Т и Т вЂ” темпе атура баллонов; лх, термодиффузионIn(i /Т,) ное Отношение при минимальном давр 9 ленни; ьх — разность концентраций при минимальном давлении.

Выбор минимальной границы давления (0,05-0,1 ИПа) определяется условиями, при которых соблюдается принцип локального термодинамичес:кого равновесия. При более низких давлениях, чем 0,05-0,55 ИПа, средняя длина свободного пробега молекул смеси соизмерима с характерным размером измерительной ячейки двухбаллонного термодиффуэионного аппарата, который исПользуется для измерения термодиффузионного отношения. и газовую смесь уже нельзя рассматривать как сплошную среду.

СОударение молекул смеси газов, в

Основном, происходит с твердыми поверхностями измерительной ячейки термсдиффуэионного аппарата, а не друг с друсом, чтО )IpHBopHT K возрастанию градиента плотности, который влияет на измеряемую величину термодиффузионного Отношения таким образом, что зависимость последнего от давления при пониженных давлениях носит резко нелинейный характер. Таким Образом, выбор минимальной гранины давления, меньшей чем 0,05 ИПа, и испольэование для расчета теплоты смешения значений термодиффузионного отношения смеси при давлениях, меньших чем. 0,05 МПа, приводит к увеличенко погрешности определения теп

12ЗЗ015 лоты смешения из-за влияния градиента плотности, искажающего зависимость термодиффузионного отношения от давления.

Сплошность среды характеризуется критерием Кнудсена k = L/d, где

h б — - средняя длина свободного пробега молекул; Ь вЂ” характерный размер для измерительной ячейки двухбаллонного аппарата d = r L„ .r /r„, r, радиус датчика теплопроводности, r — радиус капилляра измерительной и ячейки двухбаллонного аппарата. Случай сплошной среды характеризуется условием k„ с 0,01. Величина критерия Кнудсена для смеси гелий— аргон при температуре 289 К и давлении 0,001 ИПа равна k„ 0,055, а при давлении 0,005 ИПа Е„ "„ 0,012. В свя зи с этим эксперимент по определению термодиффузионного отношения с помощью двухбаллонного аппарата проводят при значении минимального давления 0,05-0,005 ИПа.

Иаксимальная граница давления

1,5 ИПа выбирается исходя иэ того, что при давлениях P < 1,5 ИПа энтальпия смешения равна теплоте смещения, при давлениях, больших 1,5 ИПа, определение теплоты смешения по формул RT ле Н = — — (k T — k T, ) приводит к

1 увеличению погрешности, так как данное соотношение для определения теплоты смешения должно содержать ряд дополнительных членов.

Граничное значение давления P =

0,1 МПа выбрано из соображения получения данных по теплоте смешения умеренно плотных газовых смесей в диапазоне давлений 0,1-1,5 ИПа. Теплота смешения характеризует степень неидеальности газовой смеси, а газовые смеси находящиеся под давлением, меньшим чем 0,1 ИПа, практически можно считать идеальными (для идеаль" ных смесей Н = О).

Е

Формула изобретения

Способ определения теплоты смешения газов с помощью двухбаллонного термодиффузионного аппарата, закпючающийся в подаче газовой смеси з аппарат и измерении искомых параметров, по которым рассчитывается теплота смешения, о т л и ч а ю— . шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, перед по= дачей газовой смеси в аппарат соз--. дают градиент температур и измеряют разность концентрации при двух значениях газовой смеси в аппарате (минимальном и максимальном), причем величину минимального давления выбирают в пределах 0,05 — О,1 ИПа, а максимального — O,E — 1,5 MIa u рассчитывают теплоту смешения по формуле

Н = — (k -k ), RT р Тр»

1 зо E где Н â€” ; R — - универсальная газовая постоянная; Ттемпература; х, — молярная доля;

k = д х /Гп(Т„ /Т ) — термодиффузионное отношение при максимальном давлении; дх, — разность конР центраций при максимальном давлении; Т и Т вЂ” температуры баллонов; дх термодиффузион р" 1.п(Т /Т )

1 2 ное отношение при минимальном давлении; дх, — разность концентрар» ций при минимальном давлении.

1233015

Составитель Г.Боровик

ТехредЛ.Сердокова Корректор Е.Сирохман

Редактор В.Иванова

Тираж 778 Подпйсное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, }K-35, Раувская наб., д.4/5

Заказ 2161/44

Производственно-полиграфическое предприятие, г.уагород, ул.Проектная,4