Способ определения концентрациикислорода и азота b топливе и ус-тройство для его осуществления

Способ определения концентрациикислорода и азота b топливе и ус-тройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социапистических т еснубпик

«»842475 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01. 09. 76 (21 ) 2397732/23-26 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 30.06.81. Бюллетень М 24 (51)М. Кл.з

G 01 И 7/14

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 543. 544 (088.8) Дата опубликования описания 3006,81 (72) Автор изобретения

Л.И.Заславский (7! ) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ KOHUEHVPAIIHH

КИСЛОРОДА И АЗОТА В ТОПЛИВЕ

И VCTPOACTBO ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

А P 3 К

Изобретение относится к хроматографическому анализу концентраций газов, растворенных в жидкой пробе, и может быть использовано в анализе содержания кислорода и азота растворенных в топливе летательных аппаратов.

Известен способ определения концентрации кислорода и азота в топливе путем вакуумирования массообменной ячейки, заполнения ее гелием, впрыска в массообменную ячейку пробы .топлива с выделением иэ него кис лорода и азота в паровую фазу, вакуумирования доризовочного объема хроматографа, перевода пробы из массообменной ячейки в дозировочный объем хроматографа и измерения парциальных давлений кислорода и азота в паровой фазе (1(.

Известно устройство для осуществления вышеуказанного способа, содержащее дозировочную емкость, приспособление ввода газа, золотник, соединяющий доэировочную емкость с.приспособлением ввода, массообменную ячейку, соединенную с золотником, разделительную колонку с сорбентом, подсоединенную к золотнику, и краны (1) .

Недостатками данного способа яв-. ляются возможность контакта жидкой пробы с атмосферным воздухом в процессе ее отбора, транспортировки к месту анализа, отбора из жидкой пробы дозированного количества пробы в медицинский шприц и введение его в массообменную ячейку, а также необходимость измерения абсолютных значений объемов сложной конфигурации (дозы, ячейки, параэитных объемов). Все это не только снижает точность. способа,но и удлиняет время анализа в связи с необходимостью выi5 полнения значительного количества тщательных манипуляций с жидкой пробой и вычислений при измерении объемов.

Цель изобретения — повышение точности определений за счет вывода иэ

20 массообменной ячейки примесей.

Поставленная цель достигается тем, что массообменную ячейку промывают исследуемым топливом, продувают гелием до заполнения ее гелием.

ОпределениЕ концентраций кислорода и азота в топливе осуществляют по формуле

842475 где А — объемная концентрация рас-. творенного в пробе газа, объем которого приведен к нормальным условиям;

К вЂ” коэффициент растворимости газа;

Т вЂ” температура газа в условиях анализа", h — показание хроматографа,,сс.ответствующее парциальному давлению анализируемого газа в момент ввода его в поток газа-носителя;

Рэ — парциальное давление эталонного газа, определяемое с помощью полученного при объеме массообменной ячейки, равном ее объему при впрыске пробы топлива, калибровочного графика для замеИ ренного значения h

I — показание, снятое с полу- 20 ченного при объеме ячейки, разнящемся от первого на величину объема помещаемой в ячейку пробы топлива, калибровочного графика в точ- 75 ке, соответствующей значениям h и Р>

В устройстве для осуществления предлагаемого способа массообменная ячейка снабжена дозировочной емкостью для пробы и размещению и на ее торцах поршневыми пробками с выполненными в них каналами, а в корпусе ячейки по окружности выполнены соединенные с каналами пробок секторные каналы.

При этом поршневые пробки снабжены упорами, выполненными в виде закрепленных на торцах корпуса ячейки полуколец.

На фиг.1 изображена технологичес- 40 кая схема предлагаемого устройства, на фиг.2 — узел на фиг.1, на фиг.3сечение A-A на фиг.2. Устройство содержит дозировочную емкость 1, соединенную через золот- 45 ник 2 устройства ввода с узлом 3 подключения массообменной ячейки 4, разделительную колонку 5, снабженную сорбентом, и краны 6, через которые подключаются источники газа-носителя и вакуума.

Кроме того, устройство содержит блок 7 питания и регистраций, подключенный к детектору 8. В линии подачи газа-носителя к детектору установлен редуктор 9.

Узел 3 подключения массообменной ячейки к устройству и узел 10 сообщающий последнюю с атмосферой, снабжены герметизирующими зажимами.

Во внутренней полости корпуса 11 Щ массообменной ячейки 4 установлена доэировочная емкость 12 под пробу, укрепленная на радиальных перемычках 13, формирующих периферийные проточные каналы 14.

С каждой стороны корпуса 11 уста новлены эапорные органы, включающие поршневые пробки 15 и 16 с кольцавыми уплотнениями 17, торцевыми уплотнениями 18, являющимися отсечными устройствами, ограничивающими дози- ровочную емкость 12, патрубками 19 и 20, сквозные каналы 21 которых вместе,с примыкающими к ним промежуточными камерами 22 корпус и периферийными проточными каналами 14 образуют полость, в.которой происходит массообмен, а также подвижно закрепленные с помощью раэжимных колец 23 на поршневых пробках 15 накидные гайки 24 и 25.

На накидных гайках 24 и 25 с помощью винтов 26 установлены упорные полукольца 27, ограничивающие перемещение каждой из порщневых пробок15 и 16 при отворачивании накидных гаек так, что объем внутренней полости массообменной ячейки 4 изменяется на величину, равную объему дозировочной емкости 12.

Способ осуществляется следующим образом.

Патрубок 19 массообменной ячейки

4 подключается к точке отбора пробы с исследуемого объекта, накидные гайки 24 и 25 отворачиваются, и жидкость, вытеснив воздух из всех внутренних полостей массообменной ячейки, вытекает из патрубка 20.

Не прекращая истечения жидкости, заворачивают накидные гайки 25 и 25.

При этом торцевые уплотнения 18 герметизируют торцы дозировочной емкости 12, отсекая в,ее .внутренней полости пробу жидкости, остальной поток которой продолжает истечение через каналы 21 поршневых пробок 15 и 16, промежуточные камеры 22 и периферийные каналы 14 корпуса 11.

Затем массообменная ячейка отстыковывается от исследуемого объекта, жидкость из каналов 21, промежуточных камер 22 и периферийных каналов

14 сливается и массообменная ячейка с герметично закрытой во внутренней полости дозировочной емкости 12 отдозированной пробы жидкости транспортируется к месту выполнения анализа.

Ко входу в дозировочную емкость 1 устройства массообменную ячейку подключают патрубком 19 с помощью узла

3, представляющего собой, например, резиновый шланг с зажимом, продувают массообменную ячейку 4 газом-носителем хроматографа, например гелием, пережимают узел 3 зажимом между патрубком 19 и устройством, патрубок

20 герметизируют с помощью узла 10, который также представляет собой отрезок резинового шланга с зажимом, и вакуумируют дозировочную емкость 1.

После этого отворачивают до упора накидные гайки 24 и 25. При этом связанные с ними поршневые пробки 15 и

842475

16 вместе с торцевыми уплотнениями

18 перемещаются, увеличивая объем .промежуточных камер 22, и дозированная проба впрыскивается иэ полости доэировочной емкости 12 в полость массообменной ячейки 4, образованную каналами 21, периферййными каналами

14 и промежуточными камерами 22.

При этом полость от зажима узла 3 через золотник 2, доэировочную емкость 1, снова золотник и до кранов б отвакуумирована. Газ-носитель, пройдя редуктор 9, разделяется на два потока, один из которых .поступает на детектор 8 непосредственно, а другой — через золотник 2 и разделительную колонку 5 с сорбентом.

Поскольку оба потока, проходящих через детектор 8, являются потоками чистого газа-носителя, то регистратор блока 7 фиксирует нулевые показания.

Освободив от зажима узел 3, сое- 20 диняющий патрубок 19 с хроматографом, образовавшуюся в полости.,массообменной ячейки 4 смесь газа-носителя и выделившихся из жидкости, ранее растворенных в ней газов впускают в 15 отвакуумированную дозировочную емкость 1 хроматографа.

Затем эта смесь подается в такт анализа хроматографа . Для этого необходимо переместить золотник 2 в крайнее левое положение. При этом дозировочный объем 1 с содержащейся в нем газовой смесью включается последовательно в поток газа-носителя, подаваемого на детектор 8 через раз- делительную колонку 5 с сорбентом.

В разделительной колонке 5 газовая смесь, вытесненная из дозировочной емкости 1 потоком газа-носителя, разделяется сорбентом на компоненты, поступающие последовательно на детек- 40 тор 8.. Возникшее в результате на детекторе рассогласование регистратор блока 7 фиксирует в виде некоторой величины, пропорциональной парциальному давлению каждого компонента га- 45 зовой смеси. Такой величиной может быть, например, высота пика относительно нулевой линии, ест регистратор представляет собой самописец с бумажной лентой, наиболее широко при- 50 меняющийся в хроматографах.

После этого для вычисления искомой объемной концентрации растворенного в жидкости газа используют следующие соотношения.

Объемная концентрация равна

Чг

А"- — - -. 100о!о

v t

A где Ч вЂ” объем жидкости (известный и равный объему отдозирован- d0 ной с помощью емкости 12 пробы);

Ч - приведенный к нормальным условиям объем газа, растворенного в жидкости. 65

Р Ч и «Ч.. К г 7к

Осг. 00т, о г,н.g. 00 аг.н.у, где К - коэффициент растворимости; газа в жидкости;

Р— парциальное давление газа

Г в равновесной смеси.

Выделившуюся массу газа находим иэ уравнения гаэовогб состояния Dr. Vгr г ьыд. R r где К

Т газовая постоянная; температура газа в условиях анализа; объем, занимаемый газом. газа Vr. равен

Г

Объем

У =Ч «2Ч +Võ Ú

r ч где — объем масообменной ячейки, складывающийся из объемов каналов 21, промежуточных камер 22 и периферийных каналов 14;

V — величина, на которую увеличивается объем промежуточных камер 22 при отворачи" ванин каждой из накидных гаек 24 и 25 и равный объему отдозированной пробы;

Ч„ — дозировочный объем хромато- графа;

V„ — паразитный объем, складывающийся из объемов присоединительных шлангов, арматуры хроматографа и т.п.

Следовательно

"Р

Ьыд, Г

"ж ч 2ч+чхК з.а à = (v. " y

0c isla,. г(оо г.u. . я откуда

6 Р (Чж м +2Ч +Ч сЧ гн „„„Н, оо р „„„

ПодСтавляя в исходное, получаем

Y +2V Ч +Ч ОО

А= .<ОО--Р (it+ — - — П 1

Ч к " "ж " г.нм.

Приведенный к нормальным условиям объем газа может быть выражен через его массу G и плотность при нормальных условиях .„„.

При равновесном состоянии массообмена из жидкости выделяется масса газа 6,д, а некоторая масса 6, „ остается растворенной в .жидкости.

Очевидно, что G = G „д+ G

Оставшаяся в жидкости масса газа равна

842475

A так как

Р„„76о " m 27З то

V b

5 или, окончательно

-Р (y +2V +V «y ) (2) а во втором эх Рг(Ч "6V +V +V ) (Ь) Формула изобретения

50 ч, 2V v + ч„юо-27ь

А=Р <+

r Т 760.

I Ч„б2Ч +V Ч. 55,9)

А=Р кч — " — ч — " — / (ч)

Величина парциального давления газа определяе=ся по показаниям регистратора хроматографа, например по высоте пика на ленте самописца, для чего проводят предварительную калибровку хроматографа с помощью эталонного газа.

Во избежание непосредственного измерения объемов, входящих в полученное выражение, калибровку выполняют следующим образом.

Массообменную ячейку 4 с отвернутыми накидными гайками 24 и 25 запол- няют эталонным газом при фиксированном парциальном давлении Рз . Затем накидные гайки заворачивают, и в по лости дозировочной емкости 12 отсекается объем V эталонного газа при парциальном давлении Рэ .

Дальнейшая методика анализа при калибровке аналогична методике анализа, описанной для жидкой пробы, с тем отличием, что для каждого фиксированного значения Р> анализ при калибровке выполняется дважды: один раз при отвернутой до упора одной накидной гайке, например 25, а второй при обеих отвернутых до упора гайках 24 и 25.

Тогда в первом случае справедливо соотношение где P u P — калибровочные парциг альные давления, при которых газ подается на анализ,пропорциональные показаниями регистратора хроматографа, например высотам пиков на ленте самописца h и М

Из соотношения (2) следует

Деля (2 ) на (3 ), имеем

Ы ч +ъч v ч, +Р ч +2ч ч ч v +2ч +ч +ч я )к х и ч )K а так как отношение калибровочных ч И парциальных давления Р„ и „ равно отношению показаний регистратора .хроматографа h и h", то

Следовательно, для каждого парциального давления раза РГ, выраженноl0 ro при анализе концентрации газа величиной h и равного некоторому калибI ровочному парциальному давлению Р„, выраженному на калибровочном графике величиной h так, что h = h,,мож 5 но получить, подставив (4) в (1) и спольэуя (5), расчетное выражение

Всли пренебречь величиной коэффициента растворимости К (ввиду его малости), то калибровка производится однократно при отворачивании только одной иэ накидных гаек (24 .или 25), чему соответствует выражение (2). В ( этом случае для каждого Р—— Рг или, что то же самое, для h =h име- ем

ЪБ 9

30 з T

Таким образом, использование предлагаемого способа, реализуемого с .помощью предлагаемого устройства,га35 рантирует отсутствие контакта между жидкой пробой и атмосферным воздухом в процессе ее отбора, транспортировки и выполнения анализа, исключает необходимость прямого измерения объемов

40 полостей сложной конфигурации, упрощает связанные с анализом вычисления уменьшает количество необходимого для всей процедуры оборудования, так как массообменная ячейка одновременно выполняет функции пробоотборника, и в результате обеспечивает повышение точности анализа, снижение трудоемкости и времени его выполнения.

1. Способ определения концентра ции кислорода и азота в топливе путем вакуумирования массообменной ячейки, заполнения ее гелием, впрыска в массообменную ячейку пробы топлива с выделением из него кислорода и азота в паровую фазу, вакуумирования доэировочного объема хроматографа, перево50 да пробы из массообменной ячейки в дозировочный объем хроматографа и измерения парциальных давлений кислорода и азота в паровой фазе, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определений

842475

1О

А=Р—, — 1 К+— где А объемная концентрация растворенного в пробе газа, объем которого приведен к нормальным условиям; коэффициент растворимости газа; температура газа в условиях анализа; показание хроматографа, соответствующее парциальному давлению анализируемого газа в момент ввода его в поток газа-носителя; парциальное давление эталонного газа, определяемое с помощью полученного при объеме массообменной ячейки, равном ее объему при впрыске пробы топлива, калибровочного графика для эамеренного значения

Э! за счет вывода иэ массообменной ячей ки примесей, массообменную ячейку .промывают исследуемым топливом и Про дувают гелием до заполнения ее гелием.

2. Способ по п,1, о т л и ч а ю— шийся тем, что определение концентраций кислорода и азота в топливе осуществляют по формуле

h — показание, снятое с получеии ного при объеме ячейки, разнящемся .от первого на,др пичину объема помещаемой в ячейку пробы топлива,калиб5 ровочного графика в точке, соответствующей значениям

h и Рэ °

3. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее дозировочную емкость, приспособление ввода 0 ! газа, золотник, соединяющий доэировочную емкость с приспособлением ввода, массообменную ячейку, соединенную с золотником, разделительную колонку с сорбентом, подсоединенную

15 к золотнику, и краны, о- т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определений за счет устранения из массообменной ячейки мешающих .примесей, массообменная ячейка снабжена доэировочной емКостью для пробы и размещенными на ее торцах поршневыми пробками с выполненными в них каналами, а в корпусе ячейки по окружности выполнены соединенные с каналами пробок секторные каналы.

4. Устройство по п.3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что йоршневые пробки снабжены упорами, выполненными в виде закрепленных на торцах корпуса ячейки полуколец.

30 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 371510, кл.G 01 N 7/14, 1968 (прототип).