一种互不相溶的两种液体混合物相体积自动计量方法和装置

　　一、引言

　　互不相溶的两种液体混合物中各自体积(质量)的计量大量存在于工业生产过程和科学实验中,这种混合物中A、B两相的各自体积(质量)的计量大多采用在计量筒中静置,待分层后测定A、B相的高度而得到体积量,测量只能离线进行,费时多,测量误差也大。例如:稠油蒸汽驱油物理模型拟实验中产出液油-水混合物中油和水各自体积的计量,需要在线自动计量,以提高实验精度,提高物理模拟的可靠性。

　　本文介绍一种互不相溶的两种液体混合物相体积自动计量方法和装置,该方法和装置已成功地用于稠油蒸汽驱油物理模拟实验,同样也适用于别的互不相溶的两种液体各自体积(质量)的自动计量。

　　二、自动计量方法

　　1·工作原理和装置

　　根据互不相溶的两种液体混合物的总体积等于这两种液体体积之和的原理,通过测定与混合物的总体积和质量相关的两个物理量,求解相关方程组得到这两种液体的各自体积(质量)。

　　自动计量装置的结构原理简图见图1所示。

　　计量混合液(5)由进料口(1)流入位于容器1(6)内的薄膜袋(7)中,薄膜袋置于工作液(4)中,在工作液的压力下,薄膜袋内无空气存在,计量时流入袋中的混合液使薄膜袋体积增大,促使容器1中的工作液由位于瓶颈(2)上的溢流管(3)流入容器2(10)中,由于瓶颈细,溢流管粗,微量的混合液流入袋内就会有相同体积的工作液流入容器2,通过测定电子天平Ⅰ(8)和电子天平Ⅱ(9)称量的变化,求解关联方程组,即可得到两相各自体积(质量)。

　　计量开始之前,容器1中充满工作液ρⅠ,容器2是空的,计量开始,有(dVa+dVb)总体积的混合液流入薄膜袋,就有(dVa+dVb)体积的工作液流入容器2,在dt时间内,电子天平Ⅰ和Ⅱ质量称重变化dGⅠ+dGⅡ,我们用下列方程组描述:

　　式中,ρⅠ为容器1中的工作液的密度,ρa为A相液体的密度,ρb为B相液体的密度,dVa为dt时间隔内流入袋中A相的体积,dVb为dt时间隔内流入袋中B相的体积。

　　解方程式组(1)得到:

　　对于(2)和(3)式,分别对时间t积分得:

　　计量开始时,即t= 0时, Va( t)= 0,Vb(t)=0,GⅠ(t)=G0,GⅡ(t)=0(电子天平已作去皮处理),将上述值代入(4)和(5)式得到:

　　将C1和C2代入(4)和(5)式得:

　　这就是A、B两相混合液中A、B两相各自的体积计量公式,方程组(6)表明,只要选用合适大小的容器1和容器2、以及电子天平Ⅰ和Ⅱ,就能对所要计量的混合液实现在线、自动计量。

　　如果我们将工作液选用密度和A相相同的液体,即ρ1=ρa,方程组(6)可简化为: