Способ концентрирования микрокомпонентов газовой смеси

 

СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ МИКРОКОМПОНЕНТОВ ГАЗОВОЙ СМЕСИ, заключающийся в непрерывном пропускании анализируемого газа через колонку с адсорбентом и в периодической десорбции сконцентрированных микрокомпонёнтов с помощью импульсной тепловой волны, движущейся в направлении движения потока анализируемого газа, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения степени концентрирования трудно сорбируемых веществ, конвективную тепловую волну создают в слое пористого материала, расположенного вокруг колонки, путем пропускания через него вспомогательного импульсно нагретого потока газа, направление потока которого совпадает с направлением потока анализируемого 1 газа.

СОКИ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

С59 4 G 01 N 30/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3639803/23-25 (22) 05.07.83 (46) 23.07.85. Бюл. Р 27 (71) Московский институт народного хозяйства им. Г.В. Плеханова (72) В.П. Харитонов (53) 543.544 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 88247, кл. G 01 N 31/08, 1948, 2; Авторское свидетельство СССР

У 231202, кл. G 01 N 31/08, 1965. (54)(57)СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ МИКРОКОМПОНЕНТОВ ГАЗОВОЙ СМЕСИ, заключающийся в непрерывном пропускании анализируемого газа через колонку с

„„Я0„„1168848 адсорбентом и в периодической десорбции сконцентрированных микрокомпонентов с помощью импульсной тепловой волны, движущейся в направлении движения потока анализируемого газа, отличающийся тем, что, с целью повышения степени концентрирования трудно сорбируемых веществ, конвективную тепловую волну создают в слое пористого материала, расположенного вокруг колонки, путем пропускания через него вспомогательного импульсно нагретого потока газа, направление потока которого совпадает с направлением потока анализируемого газа, 1168848

40

Изобретение относится к способам и устройствам для концентрирования микрокомпонентов газовых смесей с применением адсорбции и конвективной движущей тепловой волны и может быть 5 использовано в системах газового анализа, в,хроматографии.

Известен способ для концентрирования и хроматографического анализа микрокомпонентов газовой смеси, в котором использован нагреватель, выполненный в виде кольцевой обмотки, надетой на сосуд с.адсорбентом и механически связанный с приводом.

Мелкогранулированный адсорбент размещен в вертикальной металлической трубке, снаружи на трубку надета цилиндрическая электропечь, высота электропечи в несколько раз меньше полной высоты трубки (колонки), Элек- 20 тропечь имеет возможность перемещаться сверху вниз с постоянной скоростью, так как она соединена механически с механизмом привода. При работе устройства сквозь колонку пропускают газовую смесь, содержащую концентрируемые микропримеси, а электропечь перемещается сверху вниз, прогревая адсорбент, После того как электропечь дойдет до конца колонки концентрат 30 отводится для последующего использоI вания, а электропечь возвращается в исходную позицию. Длина вертикальной трубки (адсорбционной колонки) равна 30 см (1).

Недостатком способа является сложность исполнения, обусловленная наличием электромеханического привода, подвижных частей прибора, вращающихся контактов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ концентрирования микрокомпонентов газовой смеси, заключающийся в непрерывном 45 пропускании анализируемого газа через колонку с адсорбентом и в периодической десорбции сконцентрированных микрокомпонентов с помощью импульсной тепловой волны, движущейся 50 в направлении движения анализируемого газа L 23 °

Недостатком известного способа является низкая эффективность его использования в случае анализа тРудно сорбируемых веществ, которые требуют применения длинных колонок.

При большой длине колонки, свыше

1 м, рассеяние тепловой волны приводит к снижению степени концентрирования.

Целью изобретения является повышение степени концентрирования трудно сорбируемых веществ на длинных колонках.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу концентрирования микрокомпонентов газовой смеси, заключающемуся в непрерывном пропускании анализируемого газа через колонку с адсорбентом и в периодической десорбции сконцентрированных микрокомпонентов с помощью импульсной тепловой волны, движущейся в направлении движения потока анализируемого газа, конвективную тепловую волну создают в слое пористого материала, расположенного вокруг колонки, путем пропускания через него вспомогательного импульсного нагретого потока газа, направление потока которого совпадает с направлением потока анализируемого газа.

Сущность способа заключается в следующем.

Колонку заполняют твердым адсорбентом, например цеолитом, помещают в цилиндрический кожух, который заполняют мелкозернистым (пористым) материалом, например алюминиевыми шариками с диаметром 0 5-1,0 мм, Цилиндрический кожух защищают тепловой изоляцией от теплообмена с окРУжающей средой, коэффициент теплопередачи не должен превышать

0,4 Вт/(м К).

Анализируемую смесь, содержащую концентрируемый компонент, пропускают сквозь колонку в течение 5-6 ч до проскока. Затем в цилиндрический кожух направляют дополнительный поток газа, например воздуха, и в течение первых 2-3 мин подогревают поток на входе в слой алюминиевой насадки до 200-250 С.

Нагретый воздух формирует в слое алюминиевых шариков конвективную тепловую волну, которая медленно перемещается в слое под действием тока воздуха и в направлении движения воздуха. Скорость перемещения волны в сотни раэ меньше линейной скорости дополнительного потока газа.

Скорость дополнительного потока газа влияет на скорость перемеще1168848 ч = v„c„9„ / (с, У, ), Составитель Л, Жаркова

Редактор А. Шандор Техред С.Мигунова Корректор О, Луговая.

Заказ 8281 Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ния тепловой волны в соответствии с формулой, где Y> — скорость тепловой волны;

IJt — скорость rasa в слое; p,C — теплоемкость газа и слоя;

Я,,p — плотность газа и слоя °

Чем выше скорость дополнительного потока газа, тем больше скорость тепловой волны. В технике скорость газа принимают в пределах 0,1-1,0 м/с, если речь идет о мелкозернистых насыпных слоях до 1-2 м высотой.

Скорость дополнительного потока газа не только определяет динамику процесса, но и сказывается на диссипации тепловой волны: чем выше скорость газа в слое, тем выше коэффициент теплоотдачи от газа к слою, но ниже приведенная длина слоя У, и тем быстрее затухает тепловая волна.

Пример. Режим Ф 1-скорость газа 0,4 м/с, начальная температура о слоя 20 С, максимальная температура о на входе 220 С, относительная длительность нагрева дополнительного потока газа 0 1 приведенная длина слоя 450, максимальная температура о на выходе 109 С, время выхода максимальной температуры 720 с.

Режим Ф 2-скорость газа 0,8 м/с, о начальная температура слоя 20 С, маке симальная температура на входе 220 С, относительная длительность нагрева

0,1, приведенная длина слоя 400, максимальная температура на выходе

104 С, время выхода максимальной температуры 360 с.

5 Движение тепловой волны в слое вдоль колонки с адсорбентом приводит к поступательному прогреву ее и к десорбции адсорбированных компонентов. Внешнее движущееся тепловое поле с отрицательным градиентом температур в переднем фронте обусловливает концентрирование микрокомпонентов в адсорбенте до тех пор, пока возросшая концентрация не выйдет sa пределы области Генри (линейного участка изотермы адсорбции). При этом теоретическая степень концентрирования составляет 10 -IO и она

3 может быть тем больше, чем ниже начальная концентрация и чем длинее колонка. При прочих равных условиях степень концентрирования прямо пропорциональна длине колонки.

Таким образом, в предлагаемом cïoсобе внешнее температурное поле вдоль колонки создают с помощью конвективной тепловой волны, распространяющейся в насыпной насадке, окружающей колонку, под действием тока

30 rasa.

В предлагаемом способе длина колонки может быть выбрана во много раз больше, чем при реализации известного способа, и она может быть свернута в спираль. Благодаря этому достигается повышение степени концентрирования.