RU1770853C - Способ фотометрического определени газосодержани в газожидкостной эмульсии - Google Patents

Abstract

Использование: измерительна  техника и приборостроение, определение локальных значений удельной поверхности контакта фаз, газосодержани  и средней скорости пузырей в системах газ-жидкость, а также а суспензи х и эмульси х. Сущность изобретени : на газожидкостную смесь (эмульсию) направл ют излучение, измер ют интенсивность излучени , прошедшего через слой газожидкостной смеси, измер ют продолжительность и количество импульсов снижени  интенсивности света, прошедшего через слой газожидкостной смеси за врем  измерени , и по формулам вычисл ют газосодержание и среднюю скорость пузырей. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и приборостроению и может быть использовано в различных отрасл х народного хоз йства дл  определени  локальных значений газосодержани  и средней скорости пузырей в системах газ-жидкость

Известен способ измерени  газосодержани  газожидкостного сло  (1), заключающийс  в том, что измерительную кювету, в которой создаетс  газожидкостный слой, взвешивают, измен ют высоту газожидкостного сло  и вновь взвешивают, а газосодержание (р определ ют по формуле:

AM,,,

« - mra-- 1

где ДМ - разность масс измерительной кюветы с газожидкостным слоем до и после изменени  последнего, кг;

рж- плотность рабочей жидкости, кг/м ;

S - площадь поперечного сечени  измерительной кюветы м ;

ЛН - разность высот газожидкостного сло  в измерительной кювете, м.

Недостатком данного способа  вл етс  невозможность измерени  г зосодержани  в работающем аппарате, например в химическом реакторе, а также невозможность определени  средней скорости 1азовых пузырей , что резко сужает область его применени .

Наиболее близким техническим решением  вл етс  способ фотометрического определени  удельной поверхности контакта фаз газожидкостной эмульсии (2), закпюча- ющийс  в том, что на слой эмульсии толщиной d L S 2d направл ют излучение, измер ют интенсивность излучени , прошедшего через слой эмульсии, направл ют излучение той же интенсивности на слой дисперсионной среды той же толиины, измер ют интенсивность излучени , прошедшего через указанный слой среды дополнительно измер ют величину газосодержани , мутность дисперсионной среды и дисперсной фазы и их показатели преломлени , а удельную поверхность контакта фаз определ ют по формуле1

сл

С

,1

О

оэ

с 

W

А- 4() -L Тж(1-)

(пг/пж)21 (2)

где е - основание натурального логарифма;

Ео - интенсивность излучени , прошедшего через слой дисперсионной среды, лк;

Е - интенсивность излучени , прошедшего через слой газожидкостной эмульсии, лк;

d - максимальный диаметр газового пузыр , м;

Гг - мутность дисперсной фазы, м ; гж - мутность дисперсионной среды,

-1.

м

(р- величина газосодержани , об. доли;

Пг - показатель преломлени  дисперсной фазы;

пж- показатель преломлени  дисперсионной среды.

Данный способ позвол ет производить измерени  в неэлектропровод щих средах, с его помощью можно определ ть удельную поверхность контакта фаз в суспензи х, но он не предназначен дл  определени  газосодержани , величина которого входит в расчетную формулу в качестве параметра.

Целью изобретени   вл етс  расширение области применени  на неэлектропровод щие среды и возможность определени  средней скорости пузырей.

На чертеже показана принципиальна  схема устройства, реализующего способ.

Устройство состоит из двух светопроводов 1 и 2. установленных на рассто нии L один соосно с другим, источника 3 излучени , фотоприемника 4 и вторичного прибора 5.

Способ осуществл ют следующим образом .

От источника 3 излучени  световой поток проходит по светопроводу 1, затем параллельным пучком через слой исследуемой среды толщиной L, где он частично рассеиваетс  и поглощаетс  всплывающими пузы- р ми, что приводит к импульсному изменению интенсивности излучени , достигающего фотоприемника 4. В фотоприемнике 4 импульсйый световой сигнал преобразовываетс  в электрические импульсы , которые регистрируютс  вторичным прибором 5.

При осуществлении способа в качестве источника излучени  используют источник ИК-излучени , в качестве светопроводов - гибкие волоконные световоды, в качестве вторичного прибора - шлейфовый осциллограф или аналого-цифровой преобразователь , подключенный к ЭВМ (при

автоматической обработке результатов измерений ).

При этом необходимо заранее любым известным методом, например, упом нутым выше в качестве аналога, измерить удельную поверхность контакта фаз А в исследуемой газожидкостной эмульсии. Затем датчик помещают в эту же эмульсию и измер ют количество m и длительность ц

импульсов снижени  интенсивности излучени , прошедшего через слой газожидкостной эмульсии толщиной L.

При осуществлении способа в качестве приемника излучени  наиболее удобно использовать световод круглого сечени  с радиусом ге. Поскольку в этом случае газовый пузырь движетс  через измерительную  чейку, заключенную между источником и приемником излучени , равномерно и пр молинейно с равной веро тностью пересечени  светового пучка круглого сечени  по хорде любой длины, характерный размер Ц определ ют по теореме о среднем

2 гс /h(x)dx 2rcLc,(3)

где h(x) - текуща  длина хорды, м;

х - текуща  координата хорды, м.

Выполнив интегрирование, получим дл  измерительной  чейки цилиндрической формы, образованной двум  световодами круглого сечени 

Ц f гс.(4)

Провед  аналогичные рассуждени  дл  пузыр , принима  его форму сферической радиусом Гщ, получим значение характерного размера пузыр 

IКtr-

Ui т; Гщ.(5)

Длительность импульса снижени  интенсивности излучени  ti определ етс  суммой характерных размеров приемника и пузыр  и выражаетс  соотношением

ti Ц + Ui

Vi

(6)

где Vi - скорость движени  1-го пузыр , м/с. С другой стороны, длительность импульса ti снижени  интенсивности излуче- ни  - измер ема  величина. Следовательно, можно определить скорость движени  1-го пузыр  Vi

V. -bL±J-.(7)

Врем  прохождени  пузыр  tni через фиксированную точку измерительной  чейки определ етс  из соотношени 

U,,

-гм

ц + и

(8)

Газосодержание определим как отношение суммы времени прохождени  пузырей через фиксированную точку измерительной  чейки 2 Ц к общей продолжительности времени измерени  m

i Zitn| 1 а ч и,

У То То, Ы Ц + Lni

(9)

В этом выражении величина Lni в общем случае может быть рассчитана по уравнению (5) при известном радиусе Гщ каждого i-ro пузыр , проход щего через измерительную  чейку в i-й момент времени. Однако в большинстве практически возникающих случаев размеры пузырей в газожидкостной эмульсии очень близки друг к другу. Например , в аппаратах с мешалками диаметр пузырьков в основной части жидкости составл ет 5-6 мм. В св зи с этим возможна замена Lni на средний характерный размер пузырей , который можно вычислить по формуле (5), подставив в нее вместо Гщ средний объемно-поверхностный радиус пузырей гп, вычисл емый по известному соотношению

гп

А

Объединив выражени  (5), (9) и (10) с учетом замены гщ на гп, получаем выражение дл  определени  газосодержани 

m

, S, 2

Р--Т;-тпгАи- 1

Выражение (7) при известном размере пузыр  Lni позвол ет определить скорость движени  i-ro пузыр  Vi. Если в (7) заменить Lni на Ln и вместо ti подставить среднюю длительность t импульса снижени  интенсивности излучени  за врем  измерени  Т m

2t.

t

i i

m

(12)

где m - количество импульсов за врем  То, то можно рассчитать среднюю скорость движени  V пузырей в исследуемой эмульсии:

m

V

2t,

i 1

(Lc + Ln).

(13)

.   л З р где Ln TJ rn Tj- -Ј

Необходимо указать, что при реализации способа необходимо соблюдать ограни- чени  на толщину сло  L, в котором производ тс  измерени  (d L 2d). Эти ограничени , как и в прототипе, вызваны

25

тем, что в измерительной  чейке должен находитьс  только один газовый пузырь.

Важным условием применимости способа  вл етс  также наличие узкого спектра 5 газовых пузырей, наход щихс  в эмульсии. Реализаци  способа иллюстрируетс  следующими примерами. П р и м е р 1.

Измерени  провод т в стекл нной кю- 10 вете с плоскими стенками. В качестве дисперсионной среды используют 1% раствор натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы. В качестве дисперсной фазы используют воздух барботируемый в жидкость через ке- 15 рамический патрон. Рассто ние между световодами приемника и источника излучени  L 0,005 м. Радиус световодов гс 0,001 м. Определена удельна  поверхность контакта фаз: А 77,43 . Общее врем  измерени : 20 То 20 с. Количество m импульсов снижени  интенсивности излучени : m 61. Суммарна  длительность импульсов снижени  инm

тенсивности излучени  Tti 1,34 с. По

формуле ( 0,041, по формуле (13) V 0,15 м/с. Контрольное измерение газосодержани  кондуктометрическим способом дает Ф 0,04.

on П р и м е р 2.

Изменени  провод т в стекл нной кювете с плоскими стенками. В качестве дисперсионной среды используют глицерин. В качестве дисперсной фазы используют воз1

25 дух. барботируемый в жидкость через керамический патрон. Рассто ние между световодами источника и приемника излучени  L 0,004 м. Радиус световода гс 0,001 м. Определена удельна  поверхность

«Q контакта фаз: А 68,0 . Общее врем  измерени : То 20 с. Количество импульсов снижени  интенсивности излучени  m 31, Суммарна  длительность импульсов снижеm

ни  интенсивности излучени  У ti 0,9 с. 45iПо формуле (12) Ф 0,022, по формуле (13) V 0,11 м/с. Контрольное измерение газосодержани  кондуктометрическим способом дает ф 0,02. Измеренна  скорость 50 всплыти  пузырей дл  исследованных в примерах -1 и 2 сред хорошо согласуетс  с известными данными.

Таким образом, при реализации спосо- 55 ба обеспечиваетс  возможность проведени  измерений в неэлектропровод щих средах, а также возможность одновременного измерени  средней скорости г.сплыти  пузырей в газожидкостной эмульсии.

Claims (1)

1. Способ можно эффективно использовать при проведении научно-исследовательских работ, а также при определении параметров газожидкостной эмульсии в промышленных аппаратах, что позвол ет оптимизировать технологический процесс. Формула изобретени  Способ фотометрического определени  газосодержани  в газожидкостной эмульсии , состо щий в фиксации моментов прохождени  пузырем точек пространства, в которых расположены датчики, отличающийс  тем, что, с целью расширени  области применени  на неэлектропровод щие среды и возможности определени  средней скорости пузырей, при фиксации моментов прохождени  пузырём точек пространства , в которых расположены датчики, направл ют на газожидкостную эмульсию излучение, измер ют приемником количество m и длительность ti импульсов снижени  интенсивности излучени , прошедшего через слой эмульсии, измер ют удельную поверхность А контакта фаз в эмульсии, после чего определ ют величину газосодержани  р по формуле

   сm

   Д 2

   -Чг:тпгА и

   а средн   скорость V движени  пузырей по .JQ формуле

   V

   где То - продолжительность измерени , с; m

   - суммарна  продолжительность i 1

   импульсов снижени  интенсивности излуче- ни  за врем  То, с;

   LC - характерный размер приемника излучени .

   О

   о

   О

   о

   -j LЈ °

   с jfeloeV

   о о

   о

   о

   о