Анализатор испаряемости жидкости

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик,щ 65490I (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.03.76 (21) 2332367/23-25 (51) М. Кл.-"

G 01N 33/22//

G 05В 19/00 с присоединением заявки №

Государственный комитет (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.03.79. Бюллетень ¹ 12 (45) Дата опубликования описания 30.03.79 (53) УДК 543.544 (088.8) ле делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Н. Г. Фарзаие и Л. В. Илясов (71) Заявитель (54) АНАЛИЗАТОР ИСПАРЯЕМОСТИ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к области аналитического контроля технологических производств и предназначено для контроля качества жидкостей, в частности светлых нефтепродуктов, в процессах ректификации и 5 компаундирования, Изобретение может быть использовано также для контроля качества светлых нефтепродуктов в процессе транспортировки и хранения.

Известны анализаторы испаряемости, ос- 10 нованные на фракционной разгонке и испарении жидкости в фиксированных условиях (1). Такие анализаторы содержат емкость для анализируемой жидкости, в верхней части которой размещена термопара для из- 15 мерения температуры паров, холодильник, устройство для измерения объема выкипающих фракций и горелку для нагрева емкости. Испаряемость жидкостей оценивается этими приборами по температуре выкипа- 20 ния 50%-ной по объему фракции. Недостатком этих приборов является неоднозначность связи температуры выкипания

50%-ной фракции с испаряемостью.

Анализаторы испаряемости, основанные 25 на испарении жидкости в фиксированных условиях, выполнены в виде трубы, через которую прокачивается поток воздуха и в начале которой (по потоку воздуха) расположен карбюратор, служащий для ввода 30 жидкости. Кроме того, они содержат систему для измерения количества поступающего и испарившегося жидкого вещества (2).

Эти анализаторы представляют собой физическую модель всасывающего трубопровода двигателя внутреннего сгорания. Испаряемость оценивается показателем динамической испаряемости, являющимся отношением массы испарившейся жидкости к массе поданной. Недостаток таких анализаторов состоит в том, что в двигателях внутреннего сгорания топливо испаряется практически полностью, и при таких условиях показатель динамической испаряемости уже теряет смысл и является условной мерой, имеющей место только для каких-то определенных условий. Кроме того, приборы сложны по конструкции и требуют большого количества (10 — 15 л) анализируемой жидкости.

Известен анализатор (3) для определения испаряемости жидкостей, в частности нефтепродуктов, содержащий соединенную последовательно по тракту газа-носителя с детектором ячейку-дозатор для исследуемой жидкости. Для автоматического дозирования исследуемой жидкости в этом приборе может быть использован дозатор револьверного типа, содержащий две неподвижные пластины, между которыми распо654901

3 ложена подвижная пластина. В подвижной пластине имеется цилиндрическое отверстие, служащее дозой, Для перемещения подвижной пластины с целью соединения дозы с линией анализируемой жидкости и аналитической системой служит мембранный исполнительный механизм. Недостатком такого анализатора является то, что он не позволяет моделировать процесс испарения капель жидкости, в частности нефтепродуктов, используемых в качестве топлив в двигателях, который имеет место в карбюраторных, дизельных, реактивных и ракетных двигателях. Это не позволяет получать достоверную информацию о реальной испаряемости топлив. Указанный недостаток связан с тем, что доза исследуемого вещества в анализаторе имеет цилиндрическую форму, что легко выполнить технически, в то время как капля топлива при испарении в двигателях имеет сферическую форму. Выполнение дозы анализируемой жидкости в сферической форме представляет большие технические трудности.

Цель изобретения — моделирование испарения исследуемой жидкости в капельной форме.

Поставленная цель достигается тем, что в анализаторе испаряемости жидкости, содержащем соединенную последовательно по тракту газа-носителя с детектором ячейкудозатор, в подвижной пластине которого выполнена доза, доза в подвижной пластине выполнена в виде расширяющегося вверх конического отверстия.

На фиг. 1 показана принципиальная схема анализатора испаряемости; на фиг. 2 даны кривые испарения жидких нефтепродуктов.

Анализатор испаряемости жидкостей содержит ячейку-дозатор 1, магнитный равночувствительный детектор 2, систему 3 измерения и регистрации сигналов детектора, вычислительное пневматическое устройство

4, вторичный 5 и командный 6 приборы.

Ячейка-дозатор представляет собой дозирующее устройство револьверного типа, содержащее две неподвижные 7 и одну подвижную 8 пластины. Подвижная пластина

8 приводится в движение мембранным приводом 9, который получает сигнал в виде давления сжатого воздуха от командного прибора 6. В подвижной пластине имеются два отверстия 10 и 11, служащие соответственно для протока анализируемого продукта в процессе анализа через дозатор и для дозирования постоянной по объему пробы анализируемого вещества. Объем пробы составляет 0,1 — 0,2 мл. Отверстие 11 имеет коническую форму, причем большее по площади сечение конуса обращено в сторону верхней неподвижной пластины ячейки дозатора.

Коническая форма отверстия 11 позволяет осуществлять испарение анализируемой

65 жидкости при переменной поверхности испарения. Это приближает условия испарения вещества в ячейке-дозаторе к условиям испарения капель жидкого топлива во всасывающих и распыляющих системах двигателей внутреннего сгорания. Действительно, площадь испарения 5 для капли топлива, имеющей форму шара, связана с объемом 1 „капли выражением 5, =3У/r (где r — радиус капли), а для конуса площадь поверхности основания S„„, которая в данном случае является поверхностью испарения, связана с его объемом V„выражением 5,< — — ЗР„/6 (где Ь вЂ” высота конуса), т. е, изменение поверхности испарения шарообразной капли и пробы вещества, имеющей коническую форму, происходит по одному и тому же закону.

Для получения идентичности условий при абсолютных измерениях испарения с поверхности основания конуса испарению из шарообразной капли достаточно принять высоту конуса h равной радиусу r шарообразной капли.

Магнитный равночувствительный детектор 2 представляет собой малоинерционный (постоянная времени 1 — 2 с) магнитный газоанализатор. Так как детектор является равночувствительным, то сигнал его зависит только от объемной концентрации паров нефтепродукта в газе-носителе и не зависит от их природы.

Магнитный детектор содержит камеру

12, в которой размещены две пары полюсных наконечников: рабочие 13, выполненные из мягкой стали, и ложные 14, изготовленные из латуни. В середину камеры

12 вводится поток газов из ячейки-дозатора, состоящий из газа-носителя и паров анализируемого нефтепродукта. К рабочим наконечникам 13 прикреплен постоянный магнит 15, напряженность магнитного поля которого составляет 8000 †100 Э. По каналам 16 и 17 в верхние наконечники 13 и 14 вводится газ-носитель. На входах каналов 16 и 17 размещены диафрагмы 18 и

19, составляющие вместе с зазорами между наконечниками 13 и 14 пневматический неравновесный мост, питание которого осуществляется сжатым воздухом постоянного давления от редуктора 20 через переменный дроссель 21. Через дроссель 22 от этого же редуктора газ-носитель (воздух) поступает в ячейку-дозатор 1. В каналах 16 и 17 размещены измерительный 23 и сравнительный 24 терморезисторы, которые составляют малоинерционный анемометр и нагреваются током неравновесного моста 25 со стабилизированным источником питания постоянного тока.

Ячейка дозатора 1 и детектор 2 размещены в термостате 26, температура в котором задается в зависимости от типа анализируемой жидкости. Так, для бензинов темпера654901

5 тура термостата поддер>кттвастся 40 С, а для керосинов 150 С.

Неравновесный электрический мост 25 и электронный потенциометр 27 составляют систему 3 измерения, регистрации и отображения информации.

Отображение информации об испаряемости осуществляется с помощью электронного потенциометра, перед диаграммной лентой которого установлена маска 28, изготовленная из органического стекла, на которой нанесена кривая испарения, соответствующая нефтепродукту заданного качества. Потенциометр 27 снабжен механопневматическим преобразователем, выходной сигнал которого поступает в вычислительное устройство 4.

Вычислительное пневматическое vcTpoHство 4, собранное на элементах УСЭППА, содержит интегратор 29 входного сигнала, индикатор 30 окончания испарения, переключающее устройство 31, датчик 32 продолжительности испарения, дел ительное устройство 33 и запоминающее устройство 34.

Сигнал потенциометра поступает одновременно в интегратор 29 и тлндикатоп окончания испаоения, а выходной сигнал Р, интегратора 29 подается на вход «Делимое» делительного устпойства 33. Входной сигнал индикатора 30 управляет переключающим устройством 31, которое управляет работой интегратора 29 и датчика 32 продолжительности испарения. Выходной сигнал Р2 датчика 32 продолжительности испарения поступает на вход «Делитель» делительного устройства 33. Сигнал делительного устройства 33 запоминается запоминатощим устройством 34.

Вычислительное устройство зап скается по сигналу командного прибора 6. Выходной сигнал вычислительного устройства 34 посылается на вторичный пневматический прибор 5 или в систему автоматического регулирования.

Работой анализатора управляет командный прибор 6, в качестве которого может быть использован, например, пневматический командный прибор.

Анализатор испаряемости жидкости работает следующим образом.

Прибоп и леет два режима работы: «Анализ» и «Отбор пробы».

В режиме «Отбор ппобы» сигпачы Р„и

Р„командного прибора равны «О». При этом под действием пружины привода 9 подвижная пластина 8 занимает крайнее правое положение, отверстие 11 совмстцается с каналом, по которому в дозатор поступает анализируемая жидкость. В этом режиме запоминающее устройство 34 сохраняет на своем выходе пневматический сигнал, полученный в предыдущем цикле работы прибора.

В момент времени tq сигналы Р„и Р, ста5

6 новятся равными условной единице (1,4 ат), мембранный привод 9 перемещает подвижную пластину 8 в крайнее левое положение и совмещает отверстие 11 с полостью в верхней неподвижной пластине (паровое пространство ячейки-дозатора), в которую непрерывно поступает воздух (газ-носитель). Отверстие 10 совмещается с каналом анализируемой жидкости и последняя в период всего анализа протекает через дозатор, что необходимо для промывки подводящих линий анализируемой жидкостью и исключения транспортного запаздывания.

Газ-носитель, двигаясь над поверхностью анализируемой жидкости, подхватывает испарившиеся фракции и транспортирует их в магнитный детектор. В детекторе газовый поток разветвляется на две части. Одна часть смывает рабочие 13. а другая ложные

14 наконечники. Когда в воздухе, поступающем в детектор, появляются пары жидкости, то концентрация самого воздуха в потоке, а следовательно и кислорода, уменьшается. Это приводит к увеличению потока газа через канал 16, так как снижение концентрации кислорода уменьшает силу, с которой газ, находящийся около рабочих наконечников, втягивается в магнитное поле.

Если пары жидкости, например нефтепродукта, диамагнитны, и поэтому е втягиваются в магнитное поле, то расход через канал 16 будет определяться только концентрацией кислорода (кислород является паромагнитным газом и его магнитная восприимчивость приблизительно в 150 раз превышает магнитную восприимчивость нефтяных паров) в потоке, поступающем в детектор.

Через канал 17 при появлении в воздухе паров жидкости, расход газа изменяться не будет, так как к ложным наконечникам

14 не приложено магнитное поле. Они введены в газоанализатор для исключения влияния изменений вязкости и плотности потока на результат измерения. Увеличение расхода через канал 16 приводит к уменьшению температуры измерительного терморезистора 23, а температура сравнительного терморезистора 25 остается постоянной.

Это вызывает разбаланс неравновесного моста 25, который непрерывно измеряется и регистрируется потепциометром.

Сигнал U моста 25 в каждый момент времени пропорционален изменению объемной концентрации кислорода в потокс, поступающем в магнитный детектор, или иначе, пропорционален объемной концентрации паров жидкости.

Полное испарение жидкости происходит за период времени At< тлли At> и зависит от состава анализируемой жидкости. Длительность режима «Анализ» определяется предварительно и устанавливается несколько большей, чем время испарения пробы жидкости, имеющей наименьшую испаряемость.

654901

Результат IIñïàðåíèÿ пробы в потоке газаноситсля представляется на диаграмме потенциомстра в виде кривых 35 или 36. Кривая 35 соответствует жидкости, имеющей ббльшую нспаряемость, чем жидкость, имеющая кривую 36 испарения (позицией 37 обозначена заданная кривая испарения).

Определение соответствия качества жидкости, например, нефтепродукта заданному по испаряемости осуществляется оператором в момент, когда отметка «О» на диаграмме потенциометра совместится с отметкой «О» на маске.

Вычислительное устройство 4 работает следующим образом. 15

При поступлении команды Р,=«1» переключающее устройство 31 включает интегратор 29, вычисляющий площадь под эвапорограммой (кривая испарения) и датчик

32 продолжительности испарения, который также представляет собой интегратор, работающий всегда при постоянном значении входного сигнала. Окончание интегрирования происходит по команде индикатора 30, размыкающего через переключатель 31 25 входные цепи устройств 29 и 32. Выходные сигналы Р, и Р2 этих устройств поступают соответственно на входы «Делимое» и «Делитель» пневматического устройства ЗЗ, выходной сигнал которого, пропорциональ- 30 ный средней объемной скорости испарения, запоминается на один цикл работы анализатора запоминающим устройством 34.

Входной и выходной сигналы вычислительного устройства 4 изменяются в стандарт- 35 ном диапазоне 0,2 — 1 ат. Это позволяет использовать анализатор в системах автоматического управления. Запись информации на диаграмме вторичного прибора 5 имеет вид ступенчатой кривой. 40

Предлагаемый анализатор осуществляет измерение за отрезок времени, равный 3—

5 мин и требует для анализа 0,1 — 0,2 мл анализируемого вещества. Он позволяет автоматически измерять динамическую испаряемость жидкостей, в частности нефтепродуктов, осуществлять сравнение качества нефтепродуктов по этому показателю и вводить информацию об испаряемости в системы автоматического регулирования.

Вследствие того, что испаряемость является основной характеристикой топлив, анализатор может получить широкое распространение в системах автоматического контроля и управления процессами нефтепереработки, связанными с производством автомобильных, авиационных и реактивных топлив.

Формула изобретения

Анализатор испаряемости жидкости, содержащий соединенную с детектором ячейку-дозатор, в подвижной пластине которой выполнена доза, отл и ч а ю щи йс я тем, что, с целью моделирования испарения жидкости в капельной форме, доза в подвижной пластине выполнена в виде расширяющегося вверх конического отверстия.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Рыбак Б. М. Анализ нефти и нефтепродуктов. М., 1962.

2. Ирисов А. С. Испаряемость топлив для поршневых двигателей и метолы е исследования. М., 1955, с. 177 — 180.

3. Фарзане Н. Г. и др. Идентификапия жидких веществ путем испарения в потоке газа-носителя. 5КФХ, Ко 1, 1975.

654901

Омофор

7рпА

Рыг 2

Составитель В. Екаев

Редактор Т. Рыбалова Техред А. Камышникова Корректоры: Т. Добровольская н Л. Брахнина

Заказ 304/16 Изд. № 236 Тираж 1089 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2