Определение удельной поверхности. Проволочные сита, принятые в ссср, сша и англии В чем измеряется удельная поверхность

Удельная поверхность, или удельная площадь поверхности, это суммарная поверхность всех элементов материала, как правило, дисперсного или пористого, отнесенная к его массе (хотя в некоторых случаях имеет смысл рассматривать отношение не к массе, а к объему материала). Удельная поверхность порошка складывается из суммарной поверхности всех его частиц, и чем меньше размер этих частиц, тем больше площадь их общей поверхности и, соответственно, величина удельной поверхности этого порошка. Если частицы этого порошка имеют развитую пористую поверхность, то площадь поверхности этой частицы становится еще больше по сравнению с абсолютно гладкой частицей. Поскольку во многих случаях взаимодействие веществ носит именно поверхностный характер, значение удельной поверхности является важным параметром эффективности этого взаимодействия. От значения удельной поверхности зависят поглотительные свойства адсорбентов, схватываемость цемента, активность твердотельных катализаторов, эффективность лекарств и т.д.; удельная поверхность является показателем тонкости помола материалов.

Самый распространенный в настоящее время метод измерения удельной поверхности – это волюметрический метод адсорбции газа на поверхности исследуемого материала. Удельная поверхность рассчитывается по объему газа, необходимого для формирования монослоя молекул адсорбата на поверхности образца. Для определения удельной поверхности используют изотермы адсорбции, т.е. зависимость объема поглощенного образцом газа от давления при постоянной температуре. Существует огромное количество уравнений, описывающих изотерму адсорбции, наибольшую известность получило уравнение БЭТ (Брунауэр, Эммет и Теллер). В классическом виде уравнение БЭТ записывается следующим образом:

где P – равновесное давление газа-адсорбата, P 0 – давление его насыщенных паров, W - масса газа, адсорбированного при относительном давлении Р/Р 0 , W m – вес адсорбированного вещества, образующего монослой, С – константа ВЕТ, относящаяся к энергии адсорбции в первом монослое и, следовательно, ее значение характеризует взаимодействие адсорбент/адсорбат и не может быть отрицательным.

Уравнение БЭТ носит линейный характер и может быть использовано, если экспериментальная зависимость 1/W[(P 0 /P)-1] от P/P 0 также линейна. Для большинства мезопористых материалов линейный характер зависимости наблюдается на небольшом участке изотермы адсорбции, обычно в пределах от 0.05 до 0.35 по шкале относительного давления P/P 0 . Вес монослоя адсорбата W m можно получить из наклона прямой и отрезка, отсекаемого прямой на оси ординат.

Помимо метода БЭТ, для определения удельной поверхности в настоящее время также успешно применимы и другие модели. Метод Лэнгмюра, например, основан на предположении, что при формировании монослоя величина адсорбции зависит от количества не занятых молекулами адсорбата центров адсорбции. Метод Фрейндлиха предполагает, что центры адсорбции энергетически не одинаковы, а существует экспоненциальное распределение этих центров по энергиям. Современные статистические методы теории функционалов плотности NLDFT и QSDFT, основанные на разложении экспериментально полученных изотерм адсорбции на суперпозицию смоделированных для единичных пор изотерм, позволяют наиболее точно производить расчеты удельной поверхности материалов с комбинированной микро- и мезопористостью.

Огромное количество методов для расчета удельной поверхности, в том числе обширные библиотеки NLDFT и QSDFT, реализованы в анализаторах удельной поверхности и размеров пор NOVA, NOVAtouch, Autosorb-iQ, Quadrasorb от компании , мирового лидера в производстве подобных приборов. В штате компании есть много ученых, принимающих участие в разработке новейших моделей по теории функционалов плотности NLDFT и QSDFT для различных типов адсорбатов, адсорбентов и геометрии пор. Вышеуказанные анализаторы удельной поверхности и размеров пор работают по волюметрическому принципу газовой адсорбции и делают измерение удельной поверхности максимально простым в реализации, точным и эффективным. Приборы для измерения удельной поверхности являются одними из самых популярных в России, успешно используются во многих лабораториях. - прибор исследовательского класса, позволяет реализовать максимально широкий спектр методических подходов не только в измерении удельной поверхности и размеров пор по методу физической адсорбции, но и в исследованиях хемосорбции. позволяет проводить измерения удельной поверхности с максимальной производительностью.

Различают прямые и косвенные методы определения формы частиц. К прямым методам относятся: оптическая микроскопия (рисунок 1) и электронная микроскопия (рисунок 2).

Рисунок 1 – Изображения, полученные с оптического микроскопа

Рисунок 2 – Изображения, полученные с электронного микроскопа

К косвенным методам относятся: методы светорассеяния и реологические измерения.

Метод светорассеяния используется для оценки формы и размеров частиц монодисперсных порошков. Для полидисперсных систем необходимо предварительное фракционирование. Определение формы частиц методом светорассеяния проводится по интенсивности рассеянного света данной длины волны, по оценке спектра рассеянного света или по поляризуемости рассеянного света при заданной длине волны. Форму коллоидных частиц можно определить методами светорассеяния при помощи ультрамикроскопа. Если частицы ассиметричны, то они обладают переменной яркостью. Шарообразные частицы обладают постоянной яркостью.

Реологический метод определения формы частиц основывается на том, что разбавленные агрегативно-устойчивые дисперсные системы не образуют структуры, и поэтому их реологические свойства близки или подобны свойствам дисперсионной среды. Зависимость вязкости этих систем от концентрации дисперсной фазы является линейной и описывается уравнением Эйнштейна:



(1)

где η 0 – вязкость дисперсионной среды; φ ф – объемная доля дисперсной фазы; α – коэффициент формы частиц.

По зависимостям η =f (φ ф ) определяют значение коэффициента α и делают вывод о форме частиц (рисунок 3) .

Рисунок 3 – К определению формы частиц по уравнению вязкости Эйнштейна

В таблице 1 представлены основные параметры формы частиц.

Таблица 1 – Основные параметры формы частиц

Для определения удельной поверхности используют адсорбционные и кинетические методы. Адсорбционные методы основаны на определении объема или массы вещества, адсорбированного на поверхности и образующего мономолекулярный слой. В качестве адсорбатов используются газы, жидкости и твердые вещества. Наибольшее распространение получили газоадсорбционный метод и метод адсорбции поверхностно-активных веществ из растворов. Данные испытаний обрабатываются по теории БЭТ.

Кинетические методы основаны на измерении сопротивления фильтрации воздуха или газов через слой порошка. Фильтрация проводится при атмосферном давлении либо при разрежении.

– Егорова, Е.В. Поверхностные явления и дисперсные системы: учеб. пособие / Е.В. Егорова, Ю.В. Поленов // Иван. гос.хим.-технол. ун-т.- Иваново, 2008. - 84 с.

– Михеева, Е.В. Поверхностные явления и дисперсные системы. Коллоидная химия. Сборник примеров и задач / Е.В. Михеева, Н.П. Пикула, С.Н. Карбаинова // учебное пособие для студентов ХТФ, ФТФ, ЭЭФ, ИГНД и ИДО. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 116 с.

"Белов, В.В. Компьютерная реализация решения научно-технических и образовательных задач: учебное пособие / В.В. Белов, И.В. Образцов, В.К. Иванов, Е.Н. Коноплев // Тверь: ТвГТУ, 2015. 108 с."

Выражение удельной поверхности

Удельную поверхность выражают отношением общей поверхности пористого или диспергированного в данной среде тела к его объёму или массе. Удельная поверхность пропорциональна дисперсности или, что то же, обратно пропорциональна размеру частиц дисперсной фазы.

Значение удельной поверхности

От величины удельной поверхности зависят поглотительная способность адсорбентов , эффективность твёрдых катализаторов , свойства фильтрующих материалов. Удельная поверхность активных углей составляет 500-1500, силикагелей - до 800, макропористых ионообменных смол - не более 70, а диатомитовых носителей для газожидкостной хроматографии - менее 10 м 2 /г. Удельная поверхность характеризует дисперсность порошкообразных материалов: минеральных вяжущих веществ, наполнителей , пигментов , пылевидного топлива и др. Величина их удельной поверхности обычно находится в пределах от десятых долей до нескольких десятков м 2 /г. Измеряемая величина удельной поверхности зависит от размеров сорбируемых молекул. Одно и то же вещество при сорбции крупных молекул имеет меньшую удельную поверхность, при сорбции мелких молекул имеет большую удельную поверхность. Для крупных молекул поверхность мелких пор, измеренная сорбцией мелких молекул, как бы и не существует. Поэтому, кроме удельной поверхности, важной характеристикой пористых тел является распределение поверхности пор по радиусам пор (распределение пор по радиусам).

Определение удельной поверхности

Удельную поверхность чаще всего определяют по количеству адсорбированного материалом инертного газа и по воздухопроницаемости слоя порошка или пористого материала. Адсорбционные методы позволяют получать наиболее достоверные данные.

Для определения удельной поверхности и распределения пор по радиусам пористых тел по теории БЭТ методом сорбции азота при температуре жидкого азота итальянская фирма Карло Эрба выпускала прибор "Сорптоматик" (время измерения - приблизительно один образец в сутки).

Ссылки

• Теория Дубинина
• http://colloid.distant.ru/tests/3.2.2/3.2.2.htm 3.2.2. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ
• http://window.edu.ru/window_catalog/pdf2txt?p_id=7705&p_page=5 9. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ
• http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_35.html Адсорбция
• http://e-science.ru/index/?id=43 Адсорбция
• http://www.ximicat.com/ebook.php?file=vojutsky_kol.djv&page=33 Курс коллоидной химии
• http://www.muctr.ru/univsubs/infacol/fen/faculties/f5/courses/1.php Поверхностные явления и дисперсные системы
• http://www.polymem.ru/research03.php Теория кооперативной полимолекулярной сорбции
• http://chem.kstu.ru/butlerov_comm/vol2/cd-a3/data/jchem&cs/russian/n6/appl6/yal2001/1sdms33/1sdms33.htm Физическая адекватность уравнений сорбционного равновесия в набухающих полимерных системах.
• http://www.france-scientifique.fr/fileadmin/user_files/manuals/Manuel_SORPTOMATIC_1990_EN.pdf Sorptomatic 1990 Insruction Manual
• http://www.prager-elektronik.at/datenblaetter/porotec/SORPTOMATIC.pdf Sorptomatic Product

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Удельная поверхность" в других словарях:

Усредненная характеристика пористости или дисперсности соответствующих микропористых или тонкоизмельченных (диспергированных) твердых тел. Удельную пористость выражают отношением общей поверхности тела к его объему или массе … Большой Энциклопедический словарь

удельная поверхность - — Тематики нефтегазовая промышленность EN specific surfacesurface area … Справочник технического переводчика

Термин удельная поверхность Термин на английском specific surface Синонимы удельная площадь поверхности Аббревиатуры Связанные термины адсорбция, дисперсность, БЭТ, метод, метод BJH, нанопорошок, площадь поверхности, пористый материал, сорбент… … Энциклопедический словарь нанотехнологий

удельная поверхность - усредненная характеристика размеров внутренних полостей (каналов, пор) пористого тела или частиц раздробленной фазы дисперсной системы. Удельную поверхность выражают отношением обшей поверхности пористого или диспергированного… … Энциклопедический словарь по металлургии

Усреднённая характеристика пористости или дисперсности соответственно микропористых или тонкоизмельчённых (диспергированных) твердых тел. Удельную поверхность выражают отношением общей поверхности тела к его объёму или массе. * * * УДЕЛЬНАЯ… … Энциклопедический словарь

удельная поверхность - savitasis paviršius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Akytosios ar smulkiadispersės medžiagos vienetinės masės arba vienetinio tūrio paviršiaus plotas. atitikmenys: angl. specific surface vok. spezifische Oberfläche, f… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

удельная поверхность - savitasis paviršius statusas T sritis chemija apibrėžtis Akytosios ar smulkiadispersės medžiagos vienetinės masės arba vienetinio tūrio paviršiaus plotas. atitikmenys: angl. specific surface rus. удельная поверхность … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

удельная поверхность - savitasis paviršius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. specific surface vok. spezifische Oberfläche, f rus. удельная поверхность, f pranc. surface spécifique, f … Fizikos terminų žodynas

См. Поверхность удельная … Большая советская энциклопедия

Удельную поверхность выражают отношением общей поверхности пористого или диспергированного в данной среде тела к его объёму или массе. Удельная поверхность пропорциональна дисперсности или, что то же, обратно пропорциональна размеру частиц дисперсной фазы.

Значение удельной поверхности

От величины удельной поверхности зависят поглотительная способность адсорбентов , эффективность твёрдых катализаторов , свойства фильтрующих материалов. Удельная поверхность активных углей составляет 500-1500, силикагелей - до 800, макропористых ионообменных смол - не более 70, а диатомитовых носителей для газожидкостной хроматографии - менее 10 м 2 /г. Удельная поверхность характеризует дисперсность порошкообразных материалов: минеральных вяжущих веществ, наполнителей , пигментов , пылевидного топлива и др. Величина их удельной поверхности обычно находится в пределах от десятых долей до нескольких десятков м 2 /г. Измеряемая величина удельной поверхности зависит от размеров сорбируемых молекул. Одно и то же вещество при сорбции крупных молекул имеет меньшую удельную поверхность, при сорбции мелких молекул имеет большую удельную поверхность. Для крупных молекул поверхность мелких пор, измеренная сорбцией мелких молекул, как бы и не существует. Поэтому, кроме удельной поверхности, важной характеристикой пористых тел является распределение поверхности пор по радиусам пор (распределение пор по радиусам).

Определение удельной поверхности

Удельную поверхность чаще всего определяют по количеству адсорбированного материалом инертного газа и по воздухопроницаемости слоя порошка или пористого материала. Адсорбционные методы позволяют получать наиболее достоверные данные.

Качество металлургических и других порошкообразных и пористых строительных и многих других материалов – минеральных и органических пигментов, гипса, извести, известняка, а также электродов, стеновых панелей, кирпича, строго регламентировано стандартами. По мере повышения требований к качеству производимых материалов становятся все более жесткими и требования к точности и надежности измерений стандартизованных параметров. Важнейшим из них является дисперсность – удельная поверхность и средний размер частиц порошков, средняя площадь сечения единичной поры прессованных и спеченных изделий и геологических образцов. Для определения дисперсности в промышленном контроле общепринят метод фильтрации вязкой субстанции (газа) через пористые тела. Фильтрационный метод включен в стандарты РФ, США (ASTM) и европейских стран (DIN, ISO) на технологические параметры цемента, железорудных, фармацевтических и многих других порошков. Теоретические основы метода, разработанные Дарси, Козени и Карманом прошли испытания временем и остаются неизменными. Однако основанные на этом методе приборы Блейна, Фишера, Товарова, ПСХ (измеряемые всеми ими значения удельной поверхности идентичны), созданные в середине прошлого века в соответствии с уровнем аналитической техники того времени, весьма устарели и не соответствуют современным технологическим требованиям по дизайну, точности, трудоемкости, продолжительности и удобству измерений. Достижения современной электроники открыли возможность создания прибора нового поколения, необходимость в котором оправдана возросшими запросами промышленности.

Удельная поверхность и средний размер частиц порошков

В теории фильтрации измерение удельной поверхности порошков эквивалентно измерению среднего гидравлического радиуса капилляров порового пространства, образуемого слоем уплотненного порошка. Соотношение объёма пор и площади их поверхности принято равным отношению объема трубы и площади ее внутренней цилиндрической поверхности. Объем трубы диаметром d т и длиною L равен V т = 4 -1 ×p×d г 2 ×L, а площадь ее внутренней поверхности s т = p×d т ×L, гидравлический диаметр трубы d г = 4V т ×s т -1 . Аналогично этому гидравлический диаметр пор (d г) пористого тела, объем пор которого составляет (V п), а площадь их поверхности (s п) равен:

d г = 4V п ×s п -1 (1)

Если V – объем пористого тела, e – значение пористости (доля объема пор в объеме пористого тела), то объем пор V п = V×e, объем твердого вещества в пористом теле V(1-e). Объем пористого слоя, например, в виде цилиндра равен произведению площади его сечения F [см 2 ] на высоту L [см] V = F×L [см 3 ]. Пористость по определению равна:

e = (F×L – m×r -1) (F×L) -1 = (1- m×F -1 ×L -1 ×r -1),

где m [г] – масса порошка в кювете, r [г/см 3 ] – плотность его частиц, m×r -1 [см 3 ] – объем частиц в кювете.

Удельная поверхность единицы объема твердого тела порошка S v [см 2 /см 3 ] и S [см 2 /г] – удельная поверхность единицы массы связаны между собой и с площадью суммарной поверхности пор соотношениями:

S v = r×S ; s п = S v ×V(1- e) = S×V(1- e)×r.

В тех же обозначениях средний гидравлический диаметр капилляров равен:

d г = 4V×e -1 = 4e [(1- e) S v ] -1 = 4e [(1 - e)×S m ×r] -1 (2)

Извилистость пор в уплотненном цилиндрическом слое порошка учитывают введением коэффициента извилистости К к (постоянная Козени), который на основании экспериментальных данных принят равным 5 относительно высоты цилиндра L. Средняя длина капилляров цилиндрического пористого слоя, через торец которого производится фильтрация газа равна X = К к ×L.

Среднее число капилляров, выходящих на торец цилиндрического слоя:

n к = 4V×e (К к ×L×p×d г 2) -1 = 4 F×e (К к ×p×d г 2) -1 (3)

Далее рассматривают скорость течение вязкого газа Q [см 3 /с] (динамическая вязкость m – в пуазах) через длинную (по сравнению с диаметром) трубку (капилляр) под действием перепада давления – DP [Г/см 2 ]. Применительно к пористому слою вычисления приводят к общепринятой формуле для удельной поверхности порошка S [см 2 /г]:

S = 14 r -1 ×m -0,5 0,5 0,5 = 14 r -1 ×m -0,5 ×М×(Q -1 ×DP) 0,5 (4)

В уравнении (4) величина М = 0,5 зависит только от геометрических параметров слоя порошка и его пористости. Если масса порошка во всех измерениях выбрана так, что объем частиц порошка в кювете, равный m×r -1 = const во всех измерениях, величина М зависит только от степени уплотнения порошка – высоты его слоя в цилиндрической кювете, площадь сечения которой одинакова во всех опытах. Действительно:

М = 0,5 = [(1- m×r -1 ×(F×L) -1) 3 (m×r -1 (F×L) -1) -3 ×m×r -1 ×(F×L) -1 ×F×L -1 ] 0,5 =

= [(m -1 ×r×F×L - 1) 3 ×m×r -1 ×L -2 ] 0 , 5 = (L×m×r -1) -1 ×[(F×L - m×r -1) 3 ] 0 , 5 (5)

Согласно формулы (4) для измерения удельной поверхности порошка с измеренной массой (m) в кювете площадью поперечного сечения (F) необходимо сформировать слой и измерить: его высоту – L, расход воздуха – Q, перепад давления – DR, обеспечивающий этот расход, и температуру воздуха, по которой определяют его вязкость (m).

Средний размер частиц (плотность которых – r) связан с удельной поверхностью единицы объема (S v) и единицы массы (S) порошка соотношением:

L=6 S v -1 = 6 (r×S) -1 (6)

Формула (4) предусматривает стационарный режим фильтрации воздуха. В этом режиме значения Q и DR (перепад давления и скорость течения воздуха) необходимо поддерживать установившимися и неизменными в период их измерений. Однако, как показала обширная производственная практика, надежное соблюдение этого условия весьма затруднительно. Приборы нестационарного режима, в которых измеряют фильтрацию воздуха через слой уплотненного порошка в замкнутый объем W, значительно практичнее и надежней. В этом режиме измерению подлежит только один параметр – длительность t изменения разрежения воздуха от значения р 1 до р 2 . Действительно: согласно расчетам гидравлическое сопротивление слоя порошка (Â – величина, обратная проницаемости) при атмосферном давлении воздуха в момент измерения P o равна:

 = DR×Q -1 = D -1 = t×P o (W×lg p 1 /p 2) -1 = b×t (7)

Если атмосферное давление P o , объем W и величины разрежения р 1 и р 2 остаются неизменными для всех измерений, то согласно (7):

b = P o (W×lg p 1 /p 2) -1 = const. (8)

Величина М=(L×m×r -1) -1 ×[(F×L - m×r -1) 3 ] 0,5 по выражению (5) с режимом фильтрации не связана. Калибровка прибора сводится к экспериментальному определению одной величины b при его наладке. На основании (4 -8) удельная поверхность равна:

S = 14 r -1 ×m -0,5 [ e 3 (1- e) -2 ] 0,5 [ b×t×F×L -1 ] 0,5 = 14 r -1 ×m -0,5 ×М×(b×t) 0,5 (9)

Величина 14b 0,5 = К – постоянная прибора, которую определяют либо по уравнению (8), либо в калибровочных опытах с прибором, работающим в стационарном режиме по соотношению (7).

В этом наиболее практичном варианте калибровки (DR×Q -1) к и t к; b = (DR×Q -1) к /t к.= const для данного прибора. В результате определение удельной поверхности с измерением только времени (t) и вязкости воздуха по его температуре производится по простой формуле:

S = К×r -1 × m -0,5 ×М×t 0,5 (10)

Фильтрационному методу определения удельной поверхности, как следует из обширного опыта его использования для разных порошков, свойственны некоторые особенности, обусловленные упрощающими основаниями, принятыми при выводе основной его формулы (4). В частности, не учтены агрегируемость дисперсных порошков, неопределенность формы и внутренней пористости их частиц. Эти факторы выражаются в зависимости величины удельной поверхности от степени уплотнения слоя порошка. Поэтому с целью получения всегда сопоставимых данных измерения удельной поверхности разных порошков желательно производить в одинаковых условиях. Одним из таких определяющих условий является одинаковость во всех измерениях физического объема порошка в кювете. Это условие выполняется, если масса порошка выбрана всегда равной одинаковой доле его плотности. Как показывает опыт многолетней работы с разными порошками, такой прием при прочих одинаковых условиях обеспечивает также наименьшую погрешность измерений и максимальное удобство в их подготовке.

Не следует пользоваться методом фильтрации для порошков с резко выраженной зависимостью удельной поверхности по формулам (4 -10) от степени уплотнения. Для таких порошков разработана специальная методика измерений и расчетов .

Коэффициент газопроницаемости пористых тел

Коэффициент газопроницаемости по ГОСТ 11573-65(85), ISO 8841-91E выражают в квадратных микрометрах (принятое название – дарси). Измерения, выполненные в конкретных условиях, приводят к базовым значениям температуры – 0 0 С и атмосферного давления Р о = 1,013×10 5 Па = 760 мм Hg:

y г = 9,87×10 2 [мкм 2 ] (12)

В формуле (12): h [см] и s [см 2 ] – высота и площадь сечения исследуемого образца (керна); Q [см 3 /с] – расход воздуха, проходящего через образец; DР [Па] – перепад давления; Р о [Па]- давление воздуха при выходе (атмосферное давление); m [Па×с], T [ 0 С] и a v [ 0 С -1 ] – динамическая вязкость, температура и объемно-температурный коэффициент окружающего воздуха. Величина 9,87×10 2 [Па -1 ] получена из условий пересчета проницаемости к стандартному атмосферному давлению (Р о) и размерности – [мкм 2 ] вместо – [см 2 ]: 1 см 2 = 10 8 мкм 2 , Р о = 1,013×10 5 Па.

Следовательно: 10 8 мкм 2 /1,013×10 5 Па = 9,87×10 2 Па -1 .

Стандартизованной методикой определения коэффициента газопроницаемости предусмотрено оборудование, которое включает баллон высокого давления со сжатым газом, манометры и реометры высокого давления, а также необходимые системы защиты. Такое громоздкое оборудование соответствовало уровню измерительной техники времени создания метода. Современная электроника дает более изящные решения, обеспечивающие необходимую точность и надежность результатов измерений. Как показывают исследования конкретных пористых кернов, в подавляющем числе случаев измерения коэффициента газопроницаемости могут быть выполнены с минимальной погрешностью на (SP). По сравнению с ПСХ они дополнены оснасткой (кюветой) для размещения кернов и специальной программой; в них сохранена функция измерения удельной поверхности и среднего размера частиц порошков.

В ПСХ(SP) средняя величина перепада давления DР составляет менее 0,3% атмосферного давления (Р о) и ею можно пренебречь по сравнению с Р о в расчетах коэффициента газопроницаемости. Кроме того, в приборах с автоматической коррекцией вязкости воздуха (автоматическое приведение ее к 20 0 С) и при измерениях в лабораторных условиях при температуре окружающего воздуха, близкой к 20 0 С с достаточной степенью точности можно принять величину

(1+a v Т) = 1 +3,67×20×10 -3 = 1,0734 всегда одинаковой. При комнатной температуре динамическая вязкость воздуха m = 1,8·10 -5 Па×с. С учетом этого коэффициент газопроницаемости равен:

y г = 9,87×10 2 =1676 h Q(s Dp) -1 (13)

В приборах, работающих в нестационарном режиме, газопроницаемость керна Q/DР = c/t, где c – постоянная прибора по газопроницаемости, t – интервал времени, в течение которого в замкнутом объеме под керном в результате фильтрации через него воздуха происходит изменение давления в интервале установленных значений от р 1 до р 2 . В таком приборе:

y г =1676h×Q×(sDp) -1 = 676 ×c/t × h × s -1 = Кп × t -1 × h (s) -1 ; Кп = 1676 ×c (14)

Значение констант c и Кп определяют в параллельных измерениях газопроницаемости одного и того же образца по прибору, работающему в режиме стационарной фильтрации (значения Q и DР), и в приборе ПСХ (значение t), или по эталонному образцу с известным значением коэффициента газопроницаемости.

Коэффициент газопроницаемости керна размером 50х50 мм в единицах миллидарси по формуле (11 и 12) с учетом его геометрических размеров равен:

y г к = К = 428,2 Q (Dp) -1 = Кп/ t

Расчет коэффициента газопроницаемости керна с другими значениями диаметра и высоты производится по той же формуле (14), но с другим значением константы для заданных h и s согласно формуле (14).

Для измерений и расчета коэффициента газопроницаемости можно также воспользоваться калиброванным эталоном – пневмосопротивлением, которое предназначено для калибровки прибора и отградуировано при атмосферном давлении, близком нормальному (760 мм Hg). С изменением атмосферного давления газопроницаемость патрона изменяется пропорционально газопроницаемости испытуемых образцов. Это делает возможным избежать измерений (когда это необходимо для повышения точности определений) атмосферного давления по барометру, заменив их сравнительным измерением газопроницаемости образца и калиброванного эталона в одинаковых условиях.

Коэффициент газопроницаемости эталона:

при нормальном давлении y по = J п ×Р о ×h п (s п ×t по) -1

при текущем давлении y п = J п ×Р×h п (s п ×t п) -1

Согласно формуле (12) y по = y п и, следовательно Р = Р о ×t п ×t по -1 . Подстановкой значения Р = Р о ×t п ×t по -1 в формулу (13) получена формула для определения газопроницаемости керна, которая исключает необходимость измерения атмосферного давления:

y г = J×h×Р (s×t) -1 = J×h×Р о ×t п ×t по -1 (s×t) -1 = J 1 ×h×t п (s×t) -1 ; J 1 = J×Р о ×t по -1 (15)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сarman P. C. Flow of Gases throw Porous Media, London, 1956.
2. Ходаков Г.С. Основные методы дисперсионного анализа порошков. М.: Стройиздат, 1968. 198с.
3. Ходаков Г.С. Закономерности фильтрации газа через пористые тела. Докл. АН СССР. 1963. Т.148.с. 581 -584.
4. Ходаков Г.С. Метод измерения удельной поверхности высокодисперных порошков по фильтрации газа. Колл. ж. 1995. Т.57. №2. С.280 -282.