Способ создания многокомпонентной газовой среды

Способ создания многокомпонентной газовой среды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предполагаемое изобретение относится к области технологий моделирования многокомпонентных газовых сред, имеющих заранее заданный количественный и качественный состав, что может найти применение для объектов, хранение или эксплуатация которых производится в сложных по составу газовых средах.

Актуальность решаемой проблемы основана на необходимости учета наличия или появления опасных веществ для объектов, эксплуатируемых или хранящихся в многокомпонентных газовых средах.

Из предшествующего уровня техники известен способ получения парогазовой смеси с заранее заданной концентрацией легколетучего вещества (патент РФ №2153158, МПК G01N 7/10, публ. 20.07.2000 г.), включающий термостатирование сосуда с легколетучим веществом и сорбентом, продувку газовым потоком через слой сорбента при соблюдении условия квазиравновесного массообмена между адсорбированным легколетучим веществом и его газовой фазой, при этом количество адсорбированного легколетучего вещества определяется исходя из задаваемого значения его концентрации в парогазовой смеси С_Г согласно соотношению С_Г=С_Ж/К, где С_Ж - концентрация жидкой фазы легколетучего вещества в слое сорбента, К - коэффициент распределения в системе сорбент-легколетучее вещество.

К недостаткам известного способа относится его сложность и отсутствие возможности создания многокомпонентной смеси заданного состава по каждому компоненту.

Задачей авторов изобретения является разработка способа получения многокомпонентной газовой среды, используемой при хранении объектов, либо для контроля состояния объектов при их хранении или эксплуатации.

Новый технический результат, обеспечиваемый предлагаемым способом, заключается в создании многокомпонентной газовой среды с заданными значениями концентраций каждого из компонентов для обеспечения возможности установления факта влияния компонентов газовой среды на различные объекты при их хранении или эксплуатации.

Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в отличие от известного способа создания парогазовой смеси, включающего подачу в герметичный сосуд с размещенным в нем сорбентом, по крайней мере, одного легколетучего вещества извне, выдерживание сосуда до достижения равновесного состояния между адсорбированным легколетучим веществом и его газовой фазой, согласно предлагаемому способу в качестве сорбента используют силикагель, в сосуд каждое легколетучее вещество подают раздельно в жидком состоянии в индивидуальной емкости, пространственно отделенной от сорбента, выдерживают сосуд до полного испарения всех веществ, наблюдаемого визуально, либо по изменению массы жидкой фракции каждого компонента, либо по изменению концентрации компонентов в газовом пространстве сосуда, при этом исходную массу жидкой фракции каждого компонента определяют по формуле, в зависимости от величины свободного объема сосуда, заданного значения концентрации легколетучего вещества в газовом пространстве сосуда и массы силикагеля:

где q_i - количество i-гo легколетучего вещества в жидком состоянии, моль;

W - свободный объем сосуда, м₃;

ε_i - характеристика сорбции i-гo легколетучего вещества силикагелем, моль/(кг·Па);

R - универсальная газовая постоянная, Па·м³/(моль·К);

Т - температура, К;

М_с/г - масса силикагеля, кг;

c_i - требуемое значение концентрации i-гo легколетучего вещества в газовом пространстве сосуда, моль/м³.

Предлагаемый способ поясняется следующим образом.

На фиг. 1 представлена в общем виде схема реализации предлагаемого способа, где 1 - герметичный сосуд, 2 - крышка сосуда, 3 - уплотнительная прокладка, 4 - корпус сосуда, 5 - силикагель, 6 - емкость для жидкости, 7 - жидкость, 8 - объект воздействия газовой среды, 9 - быстросъемная крышка, 10 - разъем, 11 - соединитель, 12 - смотровое окно, 13 - штуцер, 14 - вентиль.

Первоначально определяют, какие компоненты формируемой многокомпонентной газовой среды необходимо подавать в зону испарения герметичного сосуда, после чего помещают в сосуд в индивидуальной емкости, по крайней мере, одно легколетучее вещество в жидком состоянии, затем выдерживают сосуд до достижения равновесного состояния между адсорбированным легколетучим веществом и его газовой фазой, что определяют по результатам измерений состава газовой среды.

Исходные количества легколетучих веществ в жидком состоянии для формирования многокомпонентной газовой среды определяют по формуле (1).

Каждое из легколетучих веществ в жидком состоянии наливают в индивидуальную емкость 6, после чего емкости с жидкостями помещают на дно корпуса сосуда 1. Затем на специальную подставку помещают силикагель и устанавливают крышку 2 сосуда. В таком состоянии сосуд с силикагелем и легколетучими жидкостями выдерживают в течение времени, необходимого для установления равновесного состояния между адсорбированным легколетучим веществом и его газовой фазой. О моменте наступления равновесного состояния судят по результатам измерений концентраций легколетучих веществ в газовом пространстве сосуда 1, или по результатам измерений массы емкостей с легколетучими жидкостями, или визуально через смотровое окно устанавливают факт полного испарения жидкостей.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет достигнуть более высокого технического результата, чем это было обеспечено в прототипе, а именно возможность создания многокомпонентной газовой среды с заданными значениями концентраций каждого из компонентов для обеспечения возможности установления факта влияния (или отсутствия влияния) многокомпонентной газовой среды на различные объекты.

Возможность практической реализации предлагаемого способа была подтверждена экспериментальным путем.

Пример. В эксперименте, к качестве сосуда, был использован металлический контейнер цилиндрической формы, состоящий из корпуса и крышки, герметизируемых резиновой уплотнительной прокладкой. В крышке предусмотрены смотровое окно и отверстие для установки испытываемого объекта в сосуд. Данное отверстие закрывается быстросъемной крышкой, снабженной электрическим разъемом.

В эксперименте были применены легколетучие органические жидкости: ацетон, бензол, толуол. Масса силикагеля составила 1,150 кг. Требуемые значения концентраций легколетучих веществ в газовом пространстве контейнера были равны:

- ацетон - 3,44·10^-2 моль/м³ (2-10-3 г/дм³);

- бензол - 1,02·10^-2 моль/м³ (8-10-4 г/дм³);

- толуол - 3,26·10^-2 моль/м³ (3-10-3 г/дм³).

Объектом воздействия газовой среды являлся датчик давления Мет-ран-100-ДД. Характеристики сорбции легколетучих веществ силикагелем были определены отдельно в калибровочных опытах. Их значения составили следующие величины: ацетон 5,57·10^-3 моль/(кг·Па), бензол 6,48·10^-4 моль/(кг·Па), толуол 1,46·10^-3 моль/(кг·Па). Объем газового пространства контейнера в эксперименте составлял 25 дм³.

Согласно результатам расчета по формуле (1), массы легколетучих веществ, размещаемых в контейнер в жидком состоянии, равны: ацетон 31,26 г, бензол 1,47 г, толуол 12,35 г.

Каждую из легколетучих жидкостей в пластмассовом стаканчике поместили на дно корпуса контейнера. Затем на специальную подставку поместили силикагель и установили крышку контейнера. В таком состоянии контейнер с силикагелем и легколетучими жидкостями выдержали в течение времени, необходимом для установления равновесного состояния между адсорбированным легколетучим веществом и его газовой фазой.

Момент наступления равновесного состояния установили визуально через смотровое окно, зафиксировав факт полного испарения жидкостей. Время выдержки до наступления равновесного состояния составило примерно 4 часа. Далее, через технологическое отверстие в контейнер поместили подключенный к средствам контроля работоспособности испытываемый объект - датчик давления Метран-100-ДД, после чего отверстие закрыли с помощью быстросъемной крышки. Продолжительность испытаний датчика в многокомпонентной газовой среде составила 30 суток. Во время испытаний проводились: 1) контроль работоспособности датчика давления, 2) контроль концентраций легколетучих веществ в газовом пространстве контейнера.

Согласно полученным результатам, в течение всего времени эксперимента в газовом пространстве контейнера поддерживалась стабильная концентрация легколетучих веществ. Среднее значение их концентраций, по результатам трех измерений составило следующие величины: ацетон - 1,8·10^-3 г/дм³, бензол - 8,2·10^-4 г/дм³, толуол - 3,1·10^-3 г/дм³. Отличие фактических концентраций легколетучих веществ от требуемых значений не превысило погрешности измерений.

Выполнение указанных выше операций позволило создать содержащую несколько легколетучих веществ многокомпонентную газовую смесь с заданными характеристиками.

Как показал пример конкретного выполнения, реализация предлагаемого способа обеспечивает возможность создания многокомпонентной газовой среды с заданными значениями концентраций каждого из компонентов для обеспечения возможности установления факта влияния (или отсутствия влияния) многокомпонентной газовой среды на различные объекты.

Способ создания многокомпонентной газовой среды, содержащей несколько легколетучих веществ, включающий подачу в герметичный сосуд с размещенным в нем сорбентом, по крайней мере, одного легколетучего вещества, выдерживание сосуда до достижения равновесного состояния между адсорбированным легколетучим веществом и его газовой фазой, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют силикагель, в сосуд каждое легколетучее вещество подают раздельно в жидком состоянии в индивидуальной емкости, пространственно отделенной от сорбента и других веществ, выдерживают сосуд до полного испарения всех веществ, количество которых определяют по формуле, в зависимости от величины свободного объема сосуда, требуемого значения концентрации легколетучего вещества в газовом пространстве сосуда и массы силикагеля: где q_i - количество i-го легколетучего вещества в жидком состоянии, моль;W - свободный объем сосуда, м³;ε_i - характеристика сорбции i-го легколетучего вещества силикагелем, моль/(кг·Па);R - универсальная газовая постоянная, Па·м³/(моль·К);Т - температура, К;М_с/г - масса силикагеля, кг;c_i - требуемое значение концентрации i-го легколетучего вещества в газовом пространстве сосуда, моль/м³.