Способ отбора пробы

Способ отбора пробы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

> . 1

t л

Г. :-

ОП ИСАНИЕ

И ЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ

|" 17693 96

Союз Советских

Социалистических

Республик (6l) Дополнительное к авт. саид-ву (22)Заявлено 27 ° 11 78 (21) 2694872/25-26 с присоединением заявки,% (23) Приоритет (51)NL. Кл.

G 01Х 1/00

6 01Я 31/08

Гаоудвротвеиив|й комитет

СССР оо делам изооретеиий а открытий

Опубликовано 07. 10. 80 Бюллетень М 37

Дата опубликования описания 07. 10 .80 (53) УДК

543.053/088 ° 8/ (72) Авторы изобретения

В. С. Морозов „ С. В, Богуславский, Г. М. Величко, I0. С. Рудой, К. Ф. Афендик и А. Я. Пронская (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОТБОРА ПРОБЫ

ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ ГАЗОВОГО

АНАЛИЗА

Изобретение относится к области контроля и регулирования лабораторных и производственных процессов в химической, нефтехимической.и др. областях промышленности,.а .также дозирование проб в анализаторы или подобные им устройства.

Известен способ отбора пробы для ,анализа путем подачи анализируемого газа из его линии через соединитель ную коммуникацию с запорным клапаном

:в линию газоносителя 1.13. В линии анализируемого газа создают давление, I

:превышающее давление в линии газа— ! носителя, Для отбора пробы запорныи клапан открывают, в результате чего анализируемый газ под действием пере пада давлений поступает в линию газа носителя °

Точность отбора пробы в этом спо|собе низка, так как величина пробы за висит от целого ряда параметров; вре- .мени, в течение которого кла||ан от- |

|крыт, перепада давлений в линиях, температуры, вязкости, состава и абсолют-, ° е — -г — . ного давления. анализируемого, газа.

I Вариации этих параметров лриводят к вариациям величины пробы.

При этом, как показывает опыт, наличие клапана в соединительной коммуникации приводит в ряде случаев, например при анализе микропримесей, к искажению состава отбираемого на анализ газа.

Наиболее близким по достигаемому результату с изобретению является

".Способ дозирования жидких и газообразных веществ в хроматограф" (2). По этому способу анализируемый газ из линии со сбросом подают через соединительйую коммуникацию, выполненную в виде калиброванного капилляра, в линию газа-носителя с установленным в ней детектором. Подачу осуществляют автоматически повышением давления анализируемого газа по сравнению с давлением газа-носителя, перекрывая сброс на определенное время по сигналу детектора, фиксирующего анализируемое вещество.

К недостаткам этого способа относится низкая течность отбора пробы изза оставшегося влияния на нее измене- . ний других параметров; перепада давле. — ; ний в линиях, абсолютного давления, температуры, вязкости и состава газа.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности отбора пробы.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе отбора пробы подачу анализируемого газа из линии со сбросом осуществляют через соеди,нительную коммуникацию, сопротивление ,потоку которой устанавливают в 100-. 1000 раз меньше сопротивления линии газа-носителя, при этом изменяют рас-; .ход rasa-носителя, давление в линии ,анализируемого газа поддерживают по,стоянным.

Расход газа изменяют на участке ли-, нии газа-носителя до места ввода со, единительной коммуникации, уменьшая его по сравнению с расходом на участке после места ввода.

При этом расход на участке линии га-, за-носителя до места ввода соедини-.. тельной коммуникации уменьшают, либо увеличивая сопротивление этого участка, либо деля поток на нем.

Расход газа изменяют на участке ли-, нии газа-носителя после места ввода соединительной коммуникации, увеличи;вая его по сравнению с расходом на участке до места ввода соединительной коммуникации .

Расход rasa на участке линии газаносителя после места ввода соединительной коммуникации увеличивают, поддерживая расход"на участке до места ввода соединительной коммуникации равным нулю.

Такое решение задачи позволяет свести число основных параметров, вариации которых влияют на точность отбираемой пробы только к двум, -которые могут быть легко и с высокой точностью

° измерены непосредственно в период отбора пробы. Этими параметрами являют-. ся время, в течение которого происхо дит отбор пробы, и расход газа через соединительную коммуникацию в этот период времени. Тем самым устраняется присущий прототипу ряд зависимостей, не позволяющий достичь высокой точности.

На фиг. 1-3 схематически представлены устройства, реализующие предлагаемый способ.

Я, Устройства содержат линию анализиI руемого газа 1 со сбросом 2, в котором установлен автоматический регулятор давления "до себя".3. Линия анализируемого газа 1 через соединительную коммуникацию 4 соединена с линией газа-носителя 5, в которой установлены анализатор 6 с расходомером 7 /см. фиг.

1-3/.

Регулятор 8, управляемый командным электрическим прибором 9, может быть установлен непосредственно в линии, газа-носителя 5 на участке до места ввода соединительной коммуникации 4

/см. фиг. 1/, либо на ответвлении 10,, расположенном до /см. фиг. 2/ или после /см. фиг. 3/ места ввода соединительной коммуникации 4. В обоих случаях /см. фип, 2-3/ на ответвлении 10 после регулятора 8 установлен газовый счетчик 11.

На участке линии газа-носителя 5 между местом ввода соединительной коммуникации 4 и ответвлением 10 помещена ловушка микропримесей 12 /см. фиг.

3/.

Рассмотрим работу различных устройств, реализующих предлагаемый способ на конкретных примерах анализа, ;которые были опробированы, в лабораторных условиях или на производстве.

Пример 1. Анализировали влажный воздух на содержание сероводорода и двуокиси серы с помощью устройства, представленного схемой, изображенной на фиг. 1. В качестве газа-носителя использовали очищенный от серосодержащих веществ воздух. В качестве анализатора 6 использовали проточный кулонометрический детектор. В качестве автоматического регулятора давления

"до себя" 3 испольэовали маностат с гидростатической трубкой. Регулятор 8 в виде запорного клапана был сблокирован с командным электрическим прибором 9, Соединительная коммуникация 4 была выполнена в виде трубки внутренним диаметром 1 мм длиной 100 мм и имела сопротивление потоку воздуха при его расходе 0,8 мл/сек, равное 1> :мм вод. ст., что было меньше сопротивления последующего участка линии rasaносителя, включающего анализатор 6 и . расходомер 7, при оптимальном расходе

0,2 мл/сек. Через анализатор 6 в 100 раз.

Поток газа-носителя в его линии п и открытом регуляторе 8 устанавливзP и равными = 1 мл/сек. После регуля I

;тор а 8 он распределялся на две части. 3

Одна частьWä„= 0,2 мп/сек поступала ь в анализатор 6, на выходе из которого эту часть измеряли пенным расходомером 7. Другая часть (= ф - 1= 1-

0,2 = 0,8 мл/сек по соединительной коммуникации 4 поступала в линию I анализируемого газа с расходом анализируемого воздуха в ней 5 мл/сек и вместе с ним по линии сброса 2 через регулятор 3 сбрасывалась в атмосферу.

Для отбора пробы регулятором 8, управ" ляемым командным электрическим прибором 9, перекрывали поток в линии газа;носителя. При этом анализируемый газ

1 ,по коммуникации 4 перетекал в линию газа-носителя. По окончании отбора регулятором 8 расход газа-носителя вос станавливали прежним, равным И =1мж/сек, .При этом вся система возвращалась с исходное положение, а .отобранная проба газом-носителем переносилась в анализатор 6. Величину отобранной на анализ пробы определяли по времени, в те,чение которого был перекрыт поток газа-носителя, и расходу Ъ /ал, измеренному расходомером 7, с учетом объема

gy газа в соединительной коммуника ции 4: — ап < о

Изменяя время 1 от 1 до 50 сек, изменяли величину отобранноч пробы от

0,2 мп до 10 мл при измерении боЛьших .концентраций сероводорода и двуокиси серы /от 10 2 до 10 4% об/. Величину .пробы выбирали, исходя из диапазона линейности анализатора. При концентрациях ниже .10 4% об. время. отбора

g 50 сек. не,.контролировали, Так как измерения проводили..:в этом случае непрерывно из потока анализируемого газа, при этом периодически регулятором

8 подавали газ-носитель в линию анализируемого газа на время 100 сек, чтобы устачовить фоновый сигнал анализатора

/нулевую линию/. О точности отбора пробы судили по воспроизводимости резуль-: татов анализа газов при постоянной концентрации сероводорода и двуокиси серы в отборе одинаковых и различных по объему проб, которая находилась на уровне + 2X относит. Воспроизводимость измерений известными".способами, в том: числе по прототипу, находилась соглас-: но проведенным нами опытам в пределах

:+ /10 + 100X/ относит.

Однако при измерении концентрации ,сероводорода и двуокиси серы выше

-2

10 требовалось отбирать пробы менее

0,2 мп. При этом воспроизводимость измерений несколько ухудшилась, так как время отбора проб стало соизмеримым с временем срабатывания регулятора 8. Точность измерений + 2 относит ° при отборе менее 0,2 мл была достигнута тем, что регулятором 8 поток газаносителя перекрывали не полностью, а лишь прикрывали его до расхода через него меньшего, чем расход газа через анализатор 6. Величину отобранной на анализ пробы в этом случае определяли по времени, в течение которого расход был снижен, и разности значений расходов газа через анализатор

: Я оц и газа-носителя в период отбора пробы Яб у = (миан. - ) 8 - Vo

При времени = 1 сек, расходах

® = 0,2 мл/сек и Qf = Qf = 0,15мл/сек, отбирали пробу величиной 0,05 мп с, воспроизводимостью измерений в .пределах + 2 относит.

Применение рассмотренной модификации способа эффективно в случае, когда в линии газа-носителя можно установить регулятор его расхода 8. Однако целый ряд аналитических задач такой возможности не предоставляют. Ниже рассматриваются другие варианты осуществления способа, позволяющие осуществить столь же точно и просто отбор проб без регулятора расхода на линии газа-носителя.

Пример 2. Анализировали азот на содержание микропримесей вь сококипящих органических соединений до и после реактора при температурах процесса от 150 до 200 С. Для этого случая о о применили вариант способа, схема которого представлена на фиг. 2. Соедини,тельная кдммуцикация 4 была выполнена ,в виде:трубки -внутренним диаметром

1 мм, длиной 25 мм и имела сопротивление потоку азота в 1000 раз меньше, чем сопротивление последующего участка линии газа-носителя, включающего анализатор 6, в качестве которого использовали катарометр. Газ "до реактора" подали в линию 1 анализируемого газа с расходом 10 мл/сек. Газ "после реактора", с тем же расходом подали в линию газа-носителя. Расход через анализатор 6 составлял 2 мп/сек. Регулятор 8 был отрегулирован на расход газа через ответвление 10 равным

15 мл/сек. При закрытом регуляторе 8 поток в линии газа-носителя распреде— лялся на две части. Одна часть 2ип/сек поступала в анализатор 6 на анализ.

°

Другая часть 8 мл/сек проходила через соединительнун коммуникацию 4, посту- . пала в линию 1 анализируемого газа и вместе с ним сбрасывалась через сброс

2 и регулятор 3 в атмосферу. Таким образом, при закрытом регуляторе 8 ана-, лизировали газ "после реактора", при; открытом регуляторе 8 поток в линии анализируемого газа распределялся на две части. Одна часть 3 мл/сек сбрасы-. валась через сброс 2 и регулятор 3 в атмосферу. Другая часть 7 мл/сек про ходила через соединительную коммуникацию 4, из которой 2 мп/сек поступа-:. ло на анализ,. оставшиеся 5 мп/сек вместе с отделенной частью потока газа в линии газа-носителя через ответвление:

10 с установленным.в нем регулятором

8 и газовым счетчиком 11 сбрасывались; в атмосферу. В этом случае, т. е. при; открытом регуляторе 8, когда происхо-, дило деление потока газа-носителя до: места ввода в его линию соединительной коммуникации 4, анализировали газ

"до реактора". Отрегулировав автоматическое открывание и закрывание регуля+ тора 8 с периодом времени 120 сек с помощью командного электрического прибора 9, проводили переключение потоков на анализ, что обеспечивало nepuo lt It tl 11 дический анализ газа до, и после реактора. По отношению сигналов акали-, ;затора в том и другом случаях легко

:было вычислить- степень очистки. Вос:производимость измерений находилась на уровне + 1% относит.

В ряде опытов, когда степень очист ки в реакторе была близка к 100Х, а

res "до реактора", имел концентрации, выходящие за пределы ли .ейности анализатора, необходимо было для анализа .газа "до реактора" отбирать малые по величине пробы. В этом случае газ "по- сле реактора" использовали в качестве. газа-носителя. При этом регулятор 8 в открытом положении был отрегулирован на расход газа через сброс 10 так, что разность расходов газа-носителя в его линии 5 до сброса 10 9/ 2 и через сброс Ъ1/ была меньше расхода через анализатор у/ . За счет этого деления потока за время 1-. /время открытия регулятора 8/ происходила подача анализируемого газа из его линии 1 в линию газа-носителя 5 с анализатором 6. Величину пробы определяли по уравнению: ч=(w.„-Û,. - 4р,)34 4, так как давление в линиях было близко

1 к атмосферному, количество газа в со-, единительной коммуникации 4 составило

Vg = 0,015 мл. При Watt= 2 мл/сек, фц= 10 мл/сек, p= 8,5 мл/сек, варьи- руя временем 1; от 1 до 10 сек, от" бирали пробы величиной от 0,485 до

4,985 мп. Воспроизводимость измерений не выходила за пределы + 1,5% относит

Рассмотренная модификация способа иллюстрирует воэможность дистанционного управления процессом отбора с

;. высокой точностью.

Вьппеприведенные модификации спосо, ба эффективны при определении в отоб; раиной пробе примесей анализаторами . /детекторами/, чувствительность кото, рых достаточна для непосредственного определения содержания микропримесей., Однако в ряде аналитических задач требования к уровню определяемых кон1центраций значительно выше возможно.стей анализатора. Вариант способа, "хема которого изображена на фиг. 3,,,позволяет эффективно решить и эту

:аналитическую задачу.

Пример 3. /фиг. 3/. Анализировали !

:водород на содержание примесей воздуха спектрохроматографическим анализа,:тором 6 в котором газом-носителем

1был гелий, подаваемый по линии 5. Чув" . ствительность анализатора к примесям, воздуха составляла 10 5Õ об. Требовалось же определять концентрации приме:сей ниже 10 5% об. Анализ:проводили следующим образом. В линии 5 устанавливали постоянный расход гелияЫгн=

< П

1 мл/сек Поток гелия при этом распределялся на 2 части. Одна частьЯ1111 =

0,3 мл/сек проходила через ловушку микропримесей 12, заполненную селикагелем, и поступала в анализатор 6, на выходе из которого эту часть замеряли . пенным расходомером 7. Другая часть / = (1 - / 11 = 1-0,3=0,7 мл/сек по соединительной коммуникации 4, выполненной с сопротивлением потоку в

1000 раз меньше сопротивления участка линии газа-носителя после места ввода соединительной коммуникации 4 в виде трубки внутренним диаметром 2,4 мл и длиной 200 мм, поступала в линию анализируемого газа 1, расход которого составлял 20 мл/сек, и вместе с ним по сбросу 2 через регулятор давления

"до себя" 3 сбрасывалась в атмосферу.

При этом автоматическим регулятором давления 3 поддерживалось избыточное давление, равное 1,5 атм. Регулятор

8 был отрегулирован,по газовому счет1 чику 1 3 íà расход Ъ р= 10 мл/сек . Перед отбором пробы охлаждали ловушку микропримесей 12 жидким азотом. Для отбора пробы регулятор 8 открывали, т. тем самым увеличивалл расход на участке линии газа-носителя 5 между. местом !ввода в линию соединительной коммуни-! кации 4 и сбросом 10, по сравнению с

:расходом на предыдущем участке линии газа-носителя 5. При этом анализируемый водород по коммуникации 4 поступа, в линию 5 и вместе с гелием проходил через ловушку 12, в которой .прймеси воздуха из водорода извлекались адсорб,цией на селикагеле, и сбрасывался да лее в атмосферу через ответвление 10

:с установленным в нем регулятороь 3. и счетчиком 11. По истечении времени заканчивали отбор пробы, для чего регулятором 8 поток через ответвление

10 прекращали. При этом система возвращалась в исходное состояние, когда ,часть потока газа-носителя проходит по ,. коммуникации 4, препятствуя поступлению анализируемого газа в линию газа, носителя .5. Далее ловушку 12 отепляли

:и десорбировавшиеся при этом гримеси потоком гелия переносили в анализатор

6. Величина отобранной на анализ про.бы составляла

V- (Hc5p. + Ждц. — Ч/Г;H.)4-Уо

При времени = 0.,5 часа отбирали пробу величиной 17,3 литра, что обес.печивало анализ с чувствительностью, ° ь 1О 7 об.

При анализе гелия на содержание мик, ропримесей воздуха, т. е. газа, служаI ,щего газом-носителем в анализаторе, с целью упрощения предыдущей модификации

: способа, расход гелия в его линии 5 . до места ввода в нее соединительной

; коммуникации 4 поддерживали равным ну лю, перекрыв поток гелия в ней. Схема ( анализа и весь порядок операций оста. лись прежними. Только в этом случае

: при определении величины пробы учитывали время М у., в течение которого ло, вушка 12 была охлажденной: V=- w ûð. 4+ И4н. - 6 аю,, где - — время, в течение которого быпо открыто ответвление 10.

Воспроизводимость измерений состав ляла + 2X относит.

Следует отметить, что приведенные ,,примеры не исчерпывают всех возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения.

Предлагаемый способ характеризуется; высокой точностью, простотой и универ-.

Р

Ъ сальностью по сравнению с известными способами. По всему определение вели-, ,чины отбираемой пробы не требует пред,варительной калибровки соединительной, коммуникации, а проводится непосредственно при измерениях. Обеспечена, возможность.отбора проб при температурах, отличных от оптимальных для работы элементов анализатора. Обеспе чена возможность автоматического и дистанционного осуществления указанных операций, что важно при анализе .промышленных сред, особенно во взрывоопасных установках. Наибольшие, преимущества способа реализуются при

: отборе газовых проб, но можно дозировать и насыщенные парами и взвесями газы, а также жидкие среды. Способ может быть использована в сочетании с

1анализаторами любого типа.

:Ф о р м у л а и э о б р е т е, ч я.

1. Способ отбора пробы преимущест-:, венно для газового анализа, включаю1 ! щий подачу анализируемого газа из линии со сбросом,через соединительную коммуникацию в линию газоносителя, ! Ф отличающийся тем, ччо, с

: :целью повышения точности отбора, со:прбтивление потоку соединительной коммуникации устанавливают в 100-1000 раз меньше сопротивления линии газо,носителя, при этом изменяют расход газа-носителя, а давление в линии анализируемого газа поддерживают постоянным.

2. Способ по и. 1 ° о т л и ч а юшийся тем, что расход газа изменяют по линии газа-носителя до места ввода соединительной коммуникации, уменьшая его по сравнению с расходом .на участке после места ввода пробы.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и1 ч а ю шийся тем, что расход газа1 носителя уменьшают, увеличивая сопро тивление линии.

4. Способ по пп 1 и 2, о т л и-, ч а ю шийся тем, что расход газа на линии газа-носителя уменьшают де— лением потока.

5, Способ по и. 1 о т л и ч а ю; шийся тем, что расход газа изменяют на линии газа-носителя после места ввода соединительной коммуникации, увеличивая его по сравнению с расходом до места ввода пробы.

Тираж 84 Бесплатно

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 113035, Раушская наб., 4

Заказ 1 9ЧЗ

Предприятие, Патент", Москва, Г-59, Бережковская.11аб., 24

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. "Руководство по газовой хроматографии", перевод с нем. под ред.

1 . А. А. Жуховицкого "Мир":; М., 19699 стр. 377.

2. Авторское свидетельство СССР

У 370521, кл. Q 014(31/08, 1974.