Устройство для приготовления аттестованных газовых смесей

 

o n @С >. .4e

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советсних

Социалистических

Респтбпик (

Опубликовано 25.03.80 Бюллетень М 11

В 01 F 3/02

Ввударственаи0 квинтет

СССР ю двлвм нзебретеннй н втвритнй (53) УДК 66.073.7 (088.8) Дата опубликования описания 28 03 80 (72) Авторы изобретения

М. С. Рожнов и B. М. Бутко

Украинский республиканский центр стандартизации и метрологии Госстандарта СССР (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ АТТЕСТОВАННЫХ

ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

Изобретение относится к технике смешивания газов при определенном соотношении компонентов в смеси, а именно к устройствам для приготовления аттестованных газовых смесей, выпускаемых для хранения и эксплуатации в баллоны под давлением и используемых при поверке, градуировке и испытаниях различных газоаналитических приборов, находящих применение в газовой, металлургической химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известно устройство для получения газовых смесей, содержащее емкость, последовательно заполняемую исходными компонентами, снабженную элементами для присоединения к ней системы вакуумирования, источников смешиваемых газов и приемного баллона. Внутри ем» кости заключены гидростатические газовые весы, показания которых регистрируют при заполнении предварительно вакуумированной емкости сначала одним, потом другим из смешиваемых газов (11.

Недостаток -аких устройств — невозможность использования их для приготовления многокомпонентных аттестованных смесей. Необходимость располагать внутри смесительной емкости гидростати5 ческие газовые весы обуславливает нерациональную форму этой емкости, что создает трудности при ее изготовлении, ограничивает ее объем, максимально допустимое давление внутри нее „и яв30 ляется причиной низкой производительности устройства.

Известно устройство для приготовлеmm газовых смесей, реализуюшее весовой метод, содержашее прецизионные весы, посредством которых с высокой степенью точности измеряют массы газов, последовательно дозируемых в баллон, путем взвешивания баллона до и после ввода в него компонентов (21.

Такое устройство позволяет получать как бинарные, так и многокомпонентные газовые смеси, аттестованные с точностью, удовлетворяюшей современным

722559

5 о

20

З5 о

Я)

3 требованиям. Однако оно оснащено дорогостоящим оборудованием, выпускаемым единичными экземплярами, работа с которым требует использования труда высококвалифицированного оператораметролога и соблюдения специальных ,жестких условий гигиены. Процесс приготовления и аттестации смесей с помо щью такого устройства трудоемок и малопроизводителен. На приготовление и аттестацию одной бинарной смеси в баллоне вместимостью 5л под давлением

10 МПа затрачивается 5-6 ч, а на приготовление многокомпонентных аттестованных смесей больше 10 ч. Такие устройства на современном уровне их разработки не пригодны для промышленного использования.

Наиболее близким к изобретению по принципу действия и технической сущности является устройство, содержащее термостат, в котором размещены камера, соединенная с источником вакуума, и сообщающаяся с ней посредством регулирующего органа мерная камера, соединенная с манометром и источником исходных газов (3).

Для приготовления аттестованной газовой смеси обе камеры вакуумируют, разобщают, и в мерную камеру вводят сначала один, затем другой и," смешиваемых газов, измеряя после каждого впуска давление в заполняемой камере. При этом измерения производят после установления термического равновесия системы и равномерного распределения компонентов в смеси-.

Выпуская полученную газовую смесь сна.чала из мерной камеры в камеру, соединенную с источником вакуума, а затем в приемный баллон и/или в атмосферу {если давление смеси упало ниже нормы, установленной для газовых баллонов), и повторяя этот цикл несколько раз, проводят серию изотермических расширений с измерением давления смеси в камерах после каждого расширения, Затем, обработав результаты измерений, определяют концентрацию каждого из компонейтов в смеси.

Это устройство позволяет по довольно простой методике приготавливать аттестованные как бинарные, так и многокомпонентные газовые смеси с относительной погрешностью 0,1-0,3%, удов летворяющей современным требованиям, с использованием серийно выпускаемой измерительной аппаратуры.

Однако эффективность устройства очень низка, поскольку большое количество приготовленн ой смеси, в соответствии с технологией процесса, приходится выпускать в атмосферу. Из-еа несовершенства своей конструкции оно имеет низкую производительность, находящуюся в прямой зависимости от объема входящих .в его состав камер. Однако увеличение объемов приводит к возрастанию времени, затрачиваемого на установление термического равновесия системы после каждого расширения и на вакуумирование камеры перед очередным расширением.

Цель изобретения — повышение эффективности и производительности устройства.

Для достижения указанной цели устройство для приготовления аттестованных газовых смесей, содержащее размещенные в термостате камеру, соединенную с источником вакуума, и сообщающуюся с ней посредством регулирующего органа мерную камеру, соединенную с манометром, снабжено накопительной емкостью, сообщающейся с мерной камерой посредством осевого отверстия, снабженного запорным клапаном, при этом накопительная емкость соединена с источником вакуума и снабжена перемешивающим органом.

Перемешивающий орган выполнен в виде вентилятора и снабжен установленной соосно с ветнилятором нагнетательной трубой, выполненной в виде двух телескопически соединенных между со бой патрубков, один их которых коаксиально установлен в осевом отверстии, соединен с запорным клапаном и выполнен с окнами, расположенными в его верхней части.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 — общий вид устройства без термостата, продольный разрез.

Устройство содержит мерную камеру

1, камеру 2, сообщающиеся посредством регулирующего органа — вентиля 3.

Мерная камера 1 снабжена накопительной емкостью 4 и связана с ней выполненным в их общем корпусе осевым отверстием 5, имеющим запорный клапан

6, который размещен внутри мерной камеры 1 и снабжен. механизмом 7 перемещения затвора 8, выведенным за пределы корпуса 9 с соблюдением условий герм етич нос ти.

7 22559

Мерная камера 1 и накопительная емкость 4 имеют форму соосно располо-. женных. цилиндров, а камера 2 представляет собой выполненный в теле корпуса

9 кольцевой канал. С целью уменьшения потерь смеси камеры 1 и 2, предназначенные для проведения изотермических расширений, выполняют минимально допустимых объемов, рассчитываемых иэ условия обеспечения достаточного коли- 10 чества и точности измерений, необходимых для аттестации смесей в пределах требуемой погрешности. В конструкции это соотношение равно 1,467074.

Объем мерной камеры 0,0001 м .

От объема накопительной емкости 4, предназначенной для приготовления смеси и наполнения ею приемных баллонов 10 под давлением, зависит производительность устройства. Поэтому накопительную емкость 4 выполняют максимально возможного объема 0,007 м, ограни5 чиваемого рациональными размерами термостата 11.

Внутри накопительной емкости 4 установлен перемешиваюший орган 12, выполненный в виде закрепленного на основании корпуса 9 вентилятора 13, снабженного нагнетательной трубой

14, содержащей два телескопически соединенных между собой патрубка 15 и 16.

Один иэ патрубков 15 неподвижно закреплен на кожухе 17 вентилятора 13, а другой 16 размещен с зазором 18 в осевом отверстии 5 и шарнирно соединен посредством направляющего конуса 19 с затвором 8 запорного клапана 6. Ь кожухе 17 вентилятора 13 и и патрубке

1g. выполнены окна 20, 21 для прохода газов. Вентилятор 13 посредством маг40 нитных полумуфт 22 связан с электродвигателем 23.

Устройство снабжено системой трубопроводов с задорными вентилями 2430, осуществляющими коммутацию эле45 ментов схемы. Камера 2, имеюшаи выход в атмосферу, соединена с источником

31 вакуума, содержащим вакуум-насос

32, ловушку 33 и вакуумметр 34«

Мерная камера 1 соединена посредством

50 мембранного отсекателя 35 и разделителя 36 «масао-газ с грузопоршневым манометром 37, а накопительная емкость

4 - с приемным баллоном 10 и посаеп55 ством осушителя 38 — с источником исходных газов (на чертеже не указан).

Устройство содержит термометр 39 и линию 40 подачи исходных газов.

Готовят аттестованные газовые смеси следующим образом.

На весь период работы устройства включают термостат 11, который поддерживает во всех частях устройства, находящихся в термостате 11, требуемую температуру, измеряемую термометром 39. Открывают запорный клапан

6 и все вентили, кроме 29, пускают двигатель 23 перемешивающего органа

12 и вакуум-насосом 32 через ловушку

33 вакуумируют всю систему, контролируя степень разрежения вакууметром 34.

После достижения требуемого разрежения выключают вакуумнасос 32 и разобщив посредством вентиля 3 камеры 1 и 2, а также закрыв вентили 25, 26, 28 и 30, вводят через линию 40 подачи исходных газов и осушитель 38 в нако» пительную емкость 4 и связанную с ней мерную камеру 1 сначала первый, а затем второй компонент смеси, контролируя давление внушенных газов грузопоршневым манометром 37 и исполь зуя при этом разделитель 36 маслогаз и мембранный отсекатель 35, Впуск газов осуществляют до тех пор, пока контролируемое давление как для первого компонента, так и для смеси не достигнет уровней, заранее определенных (ориентировочно) в соответствии с требуемыми характеристиками смеси и с учетом возможностей устройства.

После впуска первого газа закрывают вентиль 27 и после установления термического равновесия в системе окончательно измеряют давление впущенного газа.

Далее при открытых вентилях 24, 25 и 26 вакуумируют линию 40 подачи исходных газов, после чего отключают вакуум-насос 32, закрывают вентили

25, 26 и, открывая вентиль 27 вводит в накопительную емкость 4 и сообщенную с ней мерную камеру 1 второй из смешиваемых компонентов. После достижения смесью требуемого давления, контролируемого грузопоршневым манометром 37, закрывают вентиль 27 и выжидают некоторое время, пока не установится термическое равновесие системы и не осуществится равномерное распределение компонентов в смеси, достигаемое с помощью перемешиваюшего органа.

При вращении от электродвигателя

23 вентилятор 13 всасывает газовую смесь иэ накопительной емкости 4 через окна 20 под кожух 17 вентилятора 13, щим задорный клапан, позволяет свести до минимума объемы камер, предназначенных для проведения изотермических расширений, оставив без изменения или даже увеличив количество приготовленной смеси при том же давлении. Вследствие этого значительно уменьшается доля приготовленной смеси, выпускаемой в атмосферу после каждого расширения, и увеличивается количество смеси, выпускаемой для использования из накопительной емкости, где эта смесь сохранилась при первоначальном давлении, в приемные баллоны под давлением.

Эффективность устройства повышается в 1,6 раза и более чем в 28 раз уменьшаются потери дорогостоящих исходных газов.

Производительность устройства повышаечся вследствие увеличения количества смеси, выпускаемой для использования в приемные баллоны, уменьшений объемов используемых для этого камер и в результате сокращения времени установления термического равновесия и времени вакуумирования после каждого расширения. Производительность предлагаемого устройства в 1,7 раза выше, чем у известного. Оно имеет меньшие, чем известное, габаритные размеры (приблизительно в 1,4 раза).

Экономический эффект от использования предлагаемого технического решения составляет более 11 тыс. руб. в год для одного комплекта оборудования.

Формула изобретения

1. Устройство для .приготовления аттестованных газовых смесей, содержащее термостат, в котором размещены камера, соединенная с источником вакуума, и сообщающаяся с ней посредством регулирующего органа мерная камера, соединенная с манометром и источником исходных газов, о тл и ч ающ ее с я тем, что, с целью повышения эффективности и производительности устройства, оно снабжено накопительной емкостью, сообщающейся с мерной камерой посредством осевого отверстия, снабженного запорным клапаном, при этом накопительная емкость соединена .с источником вакуума и снабжена перемешивающим органом.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что перемешиваю7 722559 8 нагнетает ее под напором в патрубки

15, 16 и подает через окна 21 в направлении, задаваемом направляющим конусом

19, в камеру 1, из которой смесь возвращается в накопительную емкость 4 через зазор 18 между стенкой отверстия

5 и патрубком 16. Достигнутые при этом интенсивная циркуляция и обмен газов между емкостью и камерой обеспечивают, благодаря образованию направленных 10 потоков, эффективное перемешивание компонентов и получение однородной смеси в емкости 4 и камере 1 в течение 15 мин.

После установления термического 15 равновесия системы и получения однородной смеси электродвигатель 23 включают и грузопоршневым манометром 37 измеряют давление приготовленной смеси, после чего затвором 8 запорного клана- 20 на 6 с помощью мезанизма 7 перемещения герметично перекрывают осевое отверстие 5, связывающее камеру 1 с накопительной емкостью 4.

Далее открывают вентиль 3 и вьшус- 25 хают приготовленную газовую смесь сна. чала из камеры 1 в камеру 2, а затем, закрыв вентиль 3 и открыв 29, — в атмосферу, после чего камеру 2 вакуумируют. Повторяя этот цикл 4-8 раз, 30 проводят серию изотермических расширений с измерением давления смеси в сообщенных камерах 1 и 2 после каждого расширения и последующего установления термического равновесия. Запорный клапан 6 и вентиль 3 выполнены и смонтированы в устройстве так, что их работа не вызывает изменения объемов заполняемых газовой смесью камер 1, 2 и емкости 4 и не влияет на точность аттестации.

Обработав результаты измерений, определяют концентрацию компонентов в смеси. Приготовленную н аттестованную газовую смесь, открыв вентиль 30, выпускают в приемный баллон 10.

Для получения многокомпонентной. аттестованной газовой смеси все операции осуществляют по вышеизложенной методике, принимая ранее полученную аттестованную смесь, запасенную в накопительной емкости 4, за первый из исходных компонентов.

Наличие в устройстве для приготовления аттестованных газовых смесей оснащенной перемешивающим органом накопительной емкости, связанной с мерной камерой осевым отверстием, имею10

Источники информадии, инятые во внимание при экспертизе

1. Эйкен А. Курс химической физики; .; 3 935, с. 90.

2. Рефератйвный сборник Кислородя промышленность . М., 1977, 16-21.

3.Х.СЙея.РЬч ., 23 ¹ 3, 509 513, 55 (прототип).

9 7 22559 ший орган выполнен в виде вентилятора и снабжен установленной соосно с вен- HP тилятором нагнетательной трубой, выполненной в виде двух телескопически М соединенных между собой патрубков, 5 один из которых коаксиально установлен на в осевом отверстии, соединен с запор- с. ным клапаном и выполнен с окнами, расположеннымя в его верхней части. 19