Способ измерения коэффициентов диффузии газов через мембраны

 

Изобретение позволяет измерять коэффициенты диффузии газов через мембраны, определять зависимость коэффициента диффузии от концентрации, а также предотвращать повреждение мембраны. Способ заключается в создании концентрации газа с обеих сторон мембраны так, чтобы изменение величины коэффициента диффузии было ниже погрешности измерений. Такой способ позволяет повысить точность измерений за счет исключения погрешности, связанной с изменением коэффициента диффузии в зависимости от величины концентрации . Ё

„„, Ц „„1755120 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 15/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ

ЙЩ!7Д- 1 r-.-e- У,«.ч„;. И Rt ft - ; -„ -Т Е, д

1 (21) 4902651/25 (22) 15.01.91 (46) 15,08.92. Ьюл. N . 30 (71) Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я.Карпова (72) С.B.Зудин и С.Н.Гладких (56) Николаев Н.И. Диффузия в мембранах, M.: Химия, 1980, с.232.

Николаев H.È, Диффузия в мембранах.

М„Химия, 1980, с.58.

2 (57) Изобретение позволяет измерять коэффициенты диффузии газов через мембраны, определять зависимость коэффициента диффузии от концентрации, а также предотвращать повреждение мембраны. Способ заключается в создании концентрации газа. с обеих сторон мембраны так, чтобы изменение величины коэффициента диффузии было ниже погрешности измерений, Такой способ позволяет повысить точность измерений за счет исключения погрешности, связанной с изменением коэффициента диффузий в зависимости от величины концентрации. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ДИФФУЗИИ ГАЗОВ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНЫ

° »

Ь»

: Изобретение относится к области изме- коэффициента диффузии завсисит от концентрительной техники и может:быть использо- рации диффузанта, полученный результатизвано при измерении диффузии через мерения является ycpàäíåííbtì по всему в мембраны.:; рабочему диапазону концентрации газа, а не

Известен способ определения коэффи- относится к конкретному значению концент- у циента диффузии как частного деления se- рации. Поэтому точность измерений коэффи- у личины коэффициента проницаемости на циента диффузии по способу-прототипу как величину коэффициента сорбции,: правило не превышает 15 Кроме того, при . Однако этот способ является косвенным, измерениях в условиях высокого давления поэтому в ошибку результата входят погреш- мембрана испытйвает механическую нагруз- С ности от двух экспериментальных методик. ку от перепада давлений, что нередко являетНаиболее близким яеляется способ из- ся причиной поереккйения мембраны. ) и мерения диффузии газа в мембране. Он за- Цель изобретения — повышение точно- а ключается в размещении мембраны, . сти измерений, определлейие зависимости свободной от дйффузанта, между двумя ка- коэффициента диффузии D(C) от концентрамерами, подаче газа в одну из камер и изме- ции С, а также предотвращение повреждерении потока через мембрану, По времени: . ния мембраны. задержки появления потока вычисляется ко- Поставленная цель достигается тем, что эффициент диффузии. согласно способу измерения коэффициента

В процессе измерения таким способом диффузии газов через мембраны, заключадавление газа в камере и его концентрация ющемуся в размещений мембраны между в мембране изменяются от нуля до некото- двумя камерами, подаче таза в одну из карыхконечныхзначений. Нотаккаквеличина мер и измерении количества прошедшего

1755120

0t 1 г (Ь -а) через мембрану потока газа, в процессе измерения создают концентрации газа с обеих сторон мембраны Ñta Сг, удовлетворяющие следующему услови ю: дО где — — допускаемая погрешность измеО

01 д0

Процесс диффузии в предлагаемом способе измерения (для случая плоской мембраны с толщиной I) описывается следующими математическими формулами:

4 C RC ах ах

С (Il t) =Сг, где С(хл) — концентрация диффуэанта в мембране на глубине х в момент времени t.

Отсюда видно, что величина концентрации газа в процессе диффузии для предлагаемого способа изменяется в диапазоне от

С до Cz, При сокращении диапазона изменений концентрации диффузанта в мембра-не (при уменьшении разности Сг-С1) точность измерений повышается за счет уменьшения погрешности, обусловленной зависимостью коэффициента диффузии от концентрации газа, Если граничные величины С1, Cz удовлетворяют условию (1), то зависимостью коэффициента диффузии от концентрации в диапазоне от С1 до Сг пренебрегают без превышения допускаемой погрешности измерения.

Выражение для количества прошедшеr0 через мембрану диффузанта Q (t) по предлагаемому способу имеет вид:

Q t 0t 1

Сг — С1 1г 6

2 — 1 " 0 гzPt — —;Я г ехр (— г (3) лгrt — — 1 и I и отличается от аналогичного уравнения для лг л-1 пг

В случае установления стационарного режима выражение (3) переходит в линей- ную ассимптотическую зависимость Qa(t):

Оа t Dt 1

Cz — С1 Р 6:

При графической экстраполяции этой ассимптотики в область малых времен она пересекает ось абсцисс в точке 1,, называемой временем запаздывания. Из величины времени запаздывания находят коэффициент диффузии по формуле; ! г

0 = 6 . (6) который соответствует значению концентрации С1, В практике для зависимости коэффициента диффузии в качестве аргумента используют или концентрацию диффузанта в

10 мембране, или величину давления газа в . камере. Используя предлагаемый способ, были проведены измерения коэффициентов диффузии азота и кислорода в мембране из полиэтилена низкой плотности толщиной 50 5

51 .мкм при температуре 293 К при различных давлениях газа. С этой целью в процессе измерений создавались концентрации газа с обеих сторон мембраны C<, Cz, удовлетворяющиеусловию(1) при погрешности эксперимента 10 /

Способ позволяет измерять коэффициент диффузии газа в мембране при различных концентрациях и получить зависимость коэффициента диффузии от концентрации или от давления газа, что было невозможно сделать по способу-прототипу. Кроме того, в процессе измерения поддерживаемый перепад давления значительно меньше, чем в способе-прототипе, что повышает точность

30 измерений, а также предотвращает повреждение мембраны.

Если мембрана имеет цилиндрическую форму, выражения (5, 6) становятся следующими;

9, т 2ttDt

t:t — С1 Тп Ь7а ла+ЬЬ вЂ” а

2 2!пЬГ

40 аг + Ьг Ьг г

О— .4to 4 to!ï Ita где а и Ь вЂ” радиусы внутренний и внешний, соответственно.

Для сферической мембраны уравнения

45 (5, 6) имеют вид:

50 г (Ь -а1 бт, Формула изобретения

Способ измерения коэффициентов диф55 фузии газов через мембраны, включающий размещение мембраны между двумя камерами, подачу газа в одну из камер и измерение количества прошедшего через мембрану потока газа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности изме5

ОС

Составитель Е Карманова

Техред М,Моргентал Корректор Е.Папп

Редактор М. Товтин

Заказ 2886 Тираж .: . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям .при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат" Патент", г.Ужгород,уд. Гагарина,101

1755120 6 рений определения зависимости коэффици- . Ci, Сг. удовлетворяющие следующему услоента диффузии 0(С1) от концентрации С, à вию: также предотвращения повреждения мемб- С g 0,1 О С1 раны, в процессе измерения создают кон- 4 О С1 г- 1 центрации газа с обеих сторон мембраны 5