CC BY
10
Нащональний лкотехшчний унiверситет Украши
9. Эльберт А. А. Химическая технология древесностружечных плит. - М.: Лесн. пром-сть, 1984. - 224 с.
10. Кондратьев В.П., Доронин Ю.Г. Водостойкие клеи вдеревообработке. - М.: Лесн. промышленость, 1988. - 206.
11. Волынский В.Н. Технология стружечных и волокнистых древесных плит: Учебн. пособ. для ВУЗов специальности 2602 "Технология деревообработки". - Таллин: Дезидерата, 2004. - 192 с.
УДК 541.12.035:681.12 Acnip. О. З. Парнета1 - НУ "Львiвська полтехтка "
ПЛ1ВКОУТВОРЮВАЛЬНА Р1ДИНА ДЛЯ М1КРОВИТРАТОМ1Р1В ГАЗ1В
Дослщжено вплив вмюту синтанолу та полiакриламiду у пшвкоутворювально-му розчиш на яюсть пшвок у плiвковому витратомiрi.
Post-graduate O.Z. Parneta - NU "L'vivs'ka Politekhnika" Filmformer liquid for gas microflowmeters
This article contains information on influence of the polymer's concentration in filmformer solution for quality of the films in flowmeter.
Вступ. Проблеми вим1рювання малих i мжровитрат (зокрема шдви-щення точност та розширення дiапазону вимiрювання) залишаються акту-альними як у сучасних технолопях, так i в експериментальних дослiдженнях [1, 2]. Найпоширенiшим приладом для вимiрювання малих i мжровитрат га-зiв, особливо в лабораторних умовах, е плiвковий витратомiр [1]. Це зумовле-не, насамперед, можливютю його спрощеного виконання - у виглядi посль довно з'еднаних скляно1 мiрноï трубки, трiйника i Гумового балона з мильним розчином [1, 2]. Пшвкоутворювальна рiдина складаеться щонайменше з осно-ви (розчинника) i поверхнево-активноï речовини (ПАР), окрiм яких можуть бути у малих кшькостях iншi додатки для полiпшення властивостей плiвко-утворювача (змiцнювач, антиспiнювач тощо). Необхiдно зазначити, що влас-тивост плiвкоутворювальноï рiдини iстотно впливають на дiапазон вимiрю-вання плiвкового витратомiра, а також на його експлуатацшш та метрологiч-нi характеристики.
Аналiз наявних дослiджень. З лiтературних i патентних джерел видно, що для плiвкових витратомiрiв як плiвкоутворювальну рiдину переважно використовують воднi розчини поверхнево-активних речовин (ПАР) [1-10]. Основними недолжами таких розчишв е низька стабшьшсть плiвки, значна проникнiсть газiв через неï та значна розчиншсть бiльшостi газiв у водi з ут-воренням побiчних продуктiв, що призводить до збшьшення похибки вимь рювання витрати. Як розчинник поверхнево-активних речовин використовують також висококиплячi рщини, такi як формамiд, етиленглжоль, глiцерин [11-14], що дае змогу збшьшити точнiсть вимiрювання за рахунок зменшення складовоï похибки, яка виникае внаслщок випаровування розчинника i наси-чення його парою дослiджуваного газу (при t = 22 °С тиск насичено1' пари во-
1 Наук. кер1вник: доц. З.М. Теплюх, д-р техн. наук - НУ "Льв1вська пол1техн1ка"
130
Збiрник науково-техшчних праць
Науковий iticiiiiK, 2GG7, вип. 17.4
ди стaновить Р = 2O мм рт. ст., a eтилeнглiколю - Р = O.2 мм рт. ст.). О^м цього, вкaзaнi рщини xiмiчно iнeртнi, мaють мeншy розчиншсть гaзiв, що тa-кож сприяе пiдвищeнню точностi вимiрювaння.
Трaдицiйно як ПАР зaстосовyють побyтовi мийнi зaсоби, сeрeд тедо-лiкiв якиx, нaсaмпeрeд, нeобxiдно вiдзнaчити стaрiння плiвкоyтворювaльноï рщини [14], знaчнy товщину шaрy плiвкоyтворювaчa нa внyтрiшниx стiнкax мiрноï трубки, нeдостaтню життeздaтнiсть рyxомиx плiвок, лужш влaстивос-тi. Тaкi влaстивостi побутовж мийниx зaсобiв призводять до ютотного зву-жeння дiaпaзонy вимiрювaнь i появи додaтковиx поxибок вимiрювaння, що в окрeмиx випaдкax сyмaрно можуть стaновити до 4 % [14]. Тому для посилeн-ня повeрxновоï aктивностi розчинникa рeкомeндyють зaстосовyвaти окс^ти-ловi вищi жирнi спирти (шприкгад, синтaнол ДС-Ю [13]) aбо те^ногенну рeчовинy ОП-7 (ОП-Ю) [14], для якж нeвлaстивi вищeвкaзaнi нeдолiки.
Для тдвиш^ння мiцностi тa життeздaтностi плiвок пeрспeктивним e зaстосyвaння як додaткy високомолeкyлярниx сполук, тaкиx як полiaкрилa-мiд, полiвiнiловий спирт тощо [15]. Зaстосyвaння змiцнювaчiв дae змогу ю-тотно пiдвищyвaти вeрxню грaницю вимiрювaнь.
Постановка зaдaчi
Основнi вимоги до плiвкоyтворювaльноï рiдини можнa сформyлювaти тaк:
• здaтнiсть yтворювaти мщт рyxомi пл1вки знaчниx розм1р1в (нaприклaд, для м1рно1 трубки з дiaмeтром до 1O см) 1з тривaлiстю життя у м1рнш трубц ne мeншe 15 xв.;
• добр1 змочyвaльнi влaстивостi повeрxнi скляно1 м1рно1 трубки;
• вш компонeнти плiвкоyтворювaльноï рвдини повиннi мaти тиск нaсичeноï na-ри принaймнi fía двa порядки мeнший, нiж у води;
• шзмштсть влaстивостeй з чaсом;
• xiмiчнa iиeртиiсть тa иeтоксичиiсть;
• ^aRraH^ иe розчиняти в ^6í гaзiв i мaти мaлi коeфiцieити дифyзiï гaзiв;
• иeгiгросROпiчиiсть;
• вiдповiдиi до вибрaииx джeрeлa свiтлa i фiRсaторa плiвки оптичиi влaстивостi;
• иe створювaти пiии, ж зaлишaти слiдiв иa виyтрiшиiй повeрxиi мiриоï трубки.
Як видно з пeрeлiкy, комплeкс вимог e yнiкaльним, вони нaдзвичaйно рiзномaнiтнi тa жорстю. В той жe чaс нexтyвaння вкaзaними вимогaми можe призвeсти до нeпрaцeздaтностi прилaдy (нaприклaд, внaслiдок нeжиттeздaт-ностi плiвок aбо нeсприймaння фiксaтором плiвки), до звyжeння дiaпaзонy вимiрювaнь aбо до нeдопyстимого зростaння ^xtóra вимiрювaння внaслiдок змiни дози газу. Створeння плiвкоyтворювaльноï рiдини, якa б мaксимaльно зaдовiльнялa всi вищeпeрeлiчeнi вимоги для будь-якого газу, потрeбye додaт-ковиx дослiджeнь. Тому мeтою ^eï роботи e дослiджeння оптимaльного скга-ду плiвкоyтворювaчa з тaкими влaстивостями.
У роботi [13] зaпропоновaно плiвкоyтворювaльнy рiдинy, що мiстить eтилeнглiколь i синганол при спiввiдношeннi 4:1 ^a об,eмом). Етилeнглi-коль - ^ двоxaтомний aлiфaтичний спирт, олiïстa бeзбaрвнa рiдинa бeз зaпa-xy, тeмпeрaтyрa кипiння яко1' 197,6 °С [16]. Як повeрxнeво-aктивнy рeчовинy використaно синганол ДС-Ю, що нaлeжить до оксиeтиловaниx вищиx жир-ниx спиртiв [17]. Щоб розчинити синтaнол ДС-Ю в eтилeнглiколi, розчин да-обxiдно нaгрiвaти до тeмпeрaтyри 5O.. .6O °С i пeрeмiшyвaти.
3. Технологiя та устаткування деревообробних шдприемств
131
Нащональний лкотехшчний унiверситет УкраТни
Плiвки, утвореш з даного розчину, при малих витратах газу (до 10 л/год.) i невеликому дiаметрi вимiрювальноl бюретки (до 15 мм) достатньо стшю. Проте при збiльшеннi витрати газу робота витратомiра недостатньо надiйна внаслщок втрати стiйкостi плiвок. Додатковi дослщження показали, що максимальна мiцнiсть плiвок мала мiсце при iнших концентращях синта-нолу в етиленглiколi. Таю дослщження були виконанi з допомогою скляних кiлець, дiаметр яких становив ё = 50 мм. Кшьце занурювали в посудину з плiвкоутворювальним розчином, при пiднiманнi кiльця з розчину утворюва-лась плiвка. Вимiрювали час iснування плiвок. Кiлькiсть вимiрювань для кожно! концентраци п = 18. Вщкинувши грубi промахи, знаходили середне значення часу iснування плiвок i визначали оцiнку середнього квадратичного вдаилення результатiв вимiрювання [18]. При цьому проводили перевiрку гь потези нормальност розподiлу результатiв вимiрювань. Через те, що кшь-кiсть вимiрювань п знаходилась у межах 15-50, перевiрку гiпотези нормаль-ностi розподшу проводили з допомогою складового критерш [18]. У табл. 1 наведено результати вимiрювань.
Табл. Залежшсть часу ^нування тплiвок вiд концентрацИ _гсе синтанолу в етиленглiколi_
Гсе, % т, хв. Гсе, % т, хв. Гсе, % т, хв.
10 25,9 17 123,4 26 35,9
12 45,6 18 85,0 28 29,7
14 54,4 20 67,2 30 26,6
15 90,9 22 64,4
16 101,6 24 54,4
Як видно з таблищ, максимальний час юнування плiвки спостерь гаеться при концентраци синтанолу в етиленглiколi г се = 17 %. З метою збшь-шення стiйкостi плiвок до даного розчину додали полiмер - порошкоподiб-ний полiакриламiд (ПАА) i дослiдили його вплив на час юнування плiвок у плiвковому витратомiрi. В табл. 2 наведено результати вимiрювань.
Табл. 2. Залежшсть часу ^нування тплiвок вiд концентрацИ ПАА гПАА в розчиш -етиленглшоль + синтанол, 17 %
г ПАА % т, хв. г ПАА % т, хв.
0,05 140,9 0,125 52
0,075 175,6 0,15 37,2
0,1 190,0
Як видно з таблищ, максимальний час юнування плiвки спостерь гаеться при концентраци ПАА в розчиш гПАА = 0,1 %. При збшьшенш концентраци полiмера життездатшсть плiвок рiзко зменшуеться.
Важливо вiдзначити, що процес розчинення ПАА в рщинах проходить протягом тривалого часу [19]. Початковою стадiею розчинення е набухання, причина якого полягае у вщмшност властивостей двох компоненлв - висо-комолекулярно! сполуки (полiмера) i низькомолекулярно! сполуки (розчин-ника). Взаемодiя компонентiв призводить до поступового !х перемiшування i розмивання межi роздiлу фаз. Перехiд макромолекул полiмера у фазу розчин-
132
Збiрник науково-технiчних праць
Науковий вкник, 2007, вип. 17.4
ника вщбуваеться дуже повiльно. Полiмер набухае не в будь-якому, а тшьки в тому розчиннику, з яким вш взаемодiе. Ця взаемодiя пов'язана з поляршс-тю: полярнi полiмери набухають в полярних розчинниках. Тому при розчи-неннi ПАА в етиленглшол^ необхiдно залишити розчин на 24 год. для набу-хання, шсля чого нагрiвати до температури 60 ... 70 °С.
Висновок. Для використання у плiвковому витратомiрi рекомендовано плiвкоутворювальний розчин, склад якого - етиленглжоль + синтанол (17 %) + ПАА (0,1 %). Пшвки, утвореш з даного розчину, придатш для використання у плiвковому витратомiрi при витрат до 120 л/год. (дiаметр вимь рювально1 бюретки d = 50 мм). Важливо, що кривизна плiвок, утворених з даного розчину, е малою.
Лггература
1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. - 4-е изд. - Л.: Машиностроение, Ленинград. отделение, 1989. - 436 с.
2. Френкель Б.А. Измерение расхода жидкостей и газов в малотоннажных производствах и на экспериментальных установках. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1989. - 226 с.
3. Мюллер Г., Гнаук Г. Газы высокой чистоты. - М.: Мир, 1968. - 166 с.
4. Френкель Б.А. Измерение малых и микрорасходов продуктов нефтехимических производств. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1973. - 324 с.
5. Пинкава Я. Лабораторная техника непрерывных процессов. - М.: Изд-во иностр. лит., 1961. - 266 с.
6. Шмулевич Э.А., Большаков Д.А., Чехов Е.Е. Прибор для измерения объемных скоростей газового потока при атмосферном и пониженном давлениях// ЖФХ, 1973, т. 47, № 1. -С. 264-265.
7. Белошицкий А.П., Ланина Г.В., Симулик М.Д. Анализ погрешности "пузырькового" метода измерения малых расходов газа// Измерительная техника. - 1983, № 9. - С. 34-37.
8. Пат. 4.691.577 США, G 01 F 1/708. Soap film gas flowmeter/ Hill S. Lalin (США), № 837,847; Заявл. 10.03.86; Опубл. 08.09.87. - 11 с.
9. Пат. 2 092 742 А Великобританн, G 01 P 5/18. Bubble flowmeter/ Peter Small (Вели-кобриташя), № 8104006; Заявл. 10.02.81; Опубл. 18.08.82. - 5 с.
10. Пат. 4.879.907 США, G 01 F 1/708. Soap film flowmeter/ Dwight Patterson (США). - 1 14.577; Заявл. 13.02.87; Опубл. 14.11.89. - 7 с.
11. Теплюх З.М., Парнета О.З. Робоча рщина пл1вкового витратом1ра// Вюник ДУ "Льв1вська пол1техшка" "Теплоенергетика. 1нженер1я довкшля. Автоматизащя". - 1999, № 378. - С. 73-76.
12. А.С. 982439 СССР, G 01 F 15/00. Рабочая жидкость для пленочного расходомера/ В.Г. Березкин (СССР), № 3291329/18-10; Опубл. 28.04.81. - 4 с.
13. Пистун Е.П., Теплюх З.Н., Стасюк И.Д. Определение расходных характеристик дроссельных элементов// Автоматизация и контрольно-измерительные приборы в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1982. - С. 56-62.
14. Березкин В.Г. и др. Способ уменьшения погрешности измерения расхода газа// Журнал аналит. химии. - 1986, вып. 4. - С. 24-31.
15. Теплюх З.М., Парнета О.З. Вплив високомолекулярних дом1шок на якють пшвок у шкровитратом1рах// Вюник НУ "Льв1вська пол1техшка": Теплоенергетика. 1нженер1я довкшля. Автоматизащя. - 2000, № 404. - С. 103-105.
16. Гончаров А.И., Корнилов М.Ю. Справочник по химии. - К.: Вища шк., 1974. - 324 с.
17. Поверхностно-активные вещества: Справочник/ Под ред. А.А. Абрамзона и Г.М. Гаевого. - Л.: Химия, 1979. - 368 с.
18. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. - М. : Изд-во стандартов, 1981. - 256 с.
19. Савицкая М.Н., Холодова Ю.Д. Полиакриламид. - К.: Техшка, 1969. - 422 с.
3. Технолопя та устаткування деревообробних шдприемств
133
