Газовый хроматограф

 

Союз Советских

Социалистических

Рвслу6лин

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТЮУ ()871062 (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 01.0280 (21) 2878526/23-25 с присоединением заявки Й9 (23) Приоритет— р1)м. к.

С 01 N 31/08

Государственный комитет

СССР

Ilo делам нзо6ретений н открытии

Опубликовано 07.1081 Бюллютень М 37 (53) УДК 543.544 (088.8) Дата опубликоваии» описаии» 07.1080 \ (72) Авторы изобретен и я

В.Г.Бенезкин, Л.С.Васин, а.в.ддвфщ

A.N.3åëèêìàí, В.Н.Липавский и h.Ô.Màô»ôëðâ,:,:-.

Московское научно-производственное " по автоматизации нефтеперерабатыва промыаленности Нефтехимавт (71) Заявитель ой (54) ГАЗОВЫЙ XPOMATOFPACI

Устройство относится к хроматографии и найдет применение в нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности для анализа сложных смесей углеводородов.

При анализах таких смесей часто применяются хроматографы со ступенчатой газовой схемой, содержащие связанные через переключатель потоков разделительные колонки, на выходе которых установлены связанные с регистраторами детекторы (1), Хроматограф позволяет перегруппировать компоненты вводимой смеси так, что тяжелые компоненты определяются на выходе 15 первой колонки, а легкие — на выходе второй колонки. Однако значительным недостатком этого хроматографа является его сложность при использовании для работы на технологическом потоке. 20

По сути дела в этом случае хроматограф состоит иэ двух хроматографов, так как для работы необходимы два регистратора, связанных с соответствующими детекторами, а каждый детектор ввиду малого полезного объема взрывоэащищенного термостата необходимо размещать в самостоятельном термостате. При этом сложность конструкции в промышленных условиях эксплуа- 30 тации ведет к снижению надежности и точности работы известного прибора. . Наиболее близок к предлагаемому газовый хроматограф, содержащий связанные между собой разделительные колонки, на выходе первой из которых подключена первая ячейка катарометра с первым дросселем на ее выходе, а на выходе второй разделительной колонки подключена вторая ячейка катарометра, связанная с атмосферой, и программатор анализа, связанный соответственно со штуцерами управляющих сигналов двух эапорных клапанов, установленных в газовых линиях, со щтуцерами управляющих сигналов переключатели потоков, подключенного к регулятору давления газа — носителя, и со щтуцерами управляющих сигналов устройства ввода пробы, подключенного; ко входу первой разделительной колойки и выполненного в виде мембранного крана (2).

В этом хроматографе детекторы, установленные на выходах разделительных колонок, выполнены в виде ячеек одного катарометра, связанных с одним регистратором. Это значительно упрощает конструкцию хроматографа.

При анализе ряда смесей (например, 871062 легких компонентов ирогаза) хроматограф аофволяет повысить точность и достоверность количественных определений.

Однако недостатком прототипа является его низкая чувствительность при определении тяжелых компонентов. При определении, компонентов многокомпонентной смеси на различных ячейках одйопо детектора, связанного с одним регистратором, может происходить наложение пиков, одновременно проявляющихся иа выходах колонок и фиксируемых первой и второй ячейками детектора, что практически приводит к потере работоспособности хроматографа.

Для исключения наложения пиков в процессе разделения анализируемой смеси на двух колонках длину второй колонки необходимо увеличивать, добиваясь увеличения временных промежутков между.пиками, фиксируемыми второй ячейкой катарометра. В этих промежутках должны укладываться пики, фиксируемые первой ячейкой катарометра. Однако при анализе тяжелых. компонентов удлинение второй колонки приводит к уменьшению высот пиков, появляющихся на ее выходе, в результате растягивания заднего фронта пиков (образо вания хвостов тяжелых компонентов). Снижение чувствительности происходит также из-эа размытия пиков в месте подключения переключателя потоков ко входу второй колонки (линия обратной продувки) из-за образования в этом месте мертвого объема, незаполненного сорбентом. Кроме того, при переключениях потоков газа. в прямоМ и обратном направлениях происходит снижение точности работы хроматографа в результате образования забросов показаний, т;е. резких

t иэменений положения нулевой линии. При этом главной причиной снижения точности работы хроматографа является не абсолютная величина забросов, которую можно автоматически ло ходу анализа компенсировать с помощью специальных средств (с помощью включаемого по программе механизма автоматической установки нуля — ЧАУ), а время существования — длительность забросов, которая тем больше, чем больше время возникающего при переключениях потока переходного процесса стабилизации скорости газа носителя. При этом время переходного процесса может быть значительным (до 5 мин) из-эа удлинения второй колонки °

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности анализа °

Эта цель достигается тем, что газовый хроматограф, содержащий связанные между собой разделительные колонки, на выходе первой из которых подключена первая ячейка катарометра с первым дросселем на ее выходе, в на выходе второй разделительной колонки подключена вторая ячейка катарометра, связанная с атмосферой, и программатор анализа, связанный соответствен,но со штуцерами управляющих сигналов двух эапорных клапанов, Установленных в газовых линиях, со штуцерами управляющих сигналов переключателя по токов, подключенного к регулятору давления газа - носителя,. и со штуцерамн управляющих сигналов устройства ввода пробы, подключенного к входу первой разделительной колонки и выполненного в виде мембранного клапана, снабжен подключенным к входу первой ячейки катарометра вторым дроссе-!

5 лем, вход которого соединен с выходом первого дросселя через первый запорный клапан, а вход и выход первой разделительной колонки соединены между собой через второй запорный клаэ0 пан, при атом введен также дополнительный регулятор давления, подключенный к выходу второй разделительной колонки, снабженной боковым штуцером, установленным на заданном растоянии от входа этой колонки и связанным с переключателем потоков.

Поставленная цель достигается также тем, что вторая разделительная колонка выполнена из двух частей, соединенных муфтой с выполненными в

3© ней центральным и перпендикулярным ему боковым каналами, при этом центральный канал заполнен сорбентом и отделен от бокового канала сетчатой перегородкой, укрепленной на боковом

35 штуцере.

На фнг. 1 изображена принципиальная пневмозлектрическая схема газового хроматографа; на фиг.2 — конструкция второй разделительной колонки.

4() Хроматограф включает в себя регу-. лятор 1 давления газа — носителя, связанный со входом переключателя 2 потоков, выход а которого соединен с устройством 3 ввода пробы и входом первой разделительной колонки 4, вы45 ход в с помощью линии 5 обратной продувки — с боковым штуцером 6, выполненным на заданном расстоянии (Eg) от начала второй разделительной колонки 7, а выход С соединен с атмосферой. Выход первой разделительной колонки 4 через последовательно соединенные дроссель8, первую ячейку 9 катарометра 10 и дроссель 11 связан со входом второй разделительной колон55 ки 7. Выход этой колонки через дроссель 12 подключен к связанной с ат" мосферой второй ячейкой 13 катарометра 10 и связан с дополнительным регулятором 14 давления. Вход дрос» селя 8 и выход дросселя 11 связан через первый запорный клапан 15, а вход н выход .первой разделительной колонки связаны через второй запорный клапан 16. Чувствительные элементы 17 и 18 ячеек 9 и 13 катарометра

871062 отделение группы углеводородов СС4 от С4. Затем по сигналу 1 =1 про1 гравматора 20 анализа переключается переключатель 2 потоков 2 и газ— носитель через линию 5 поступает на вход бокового штуцера 6. При этом вход первой разделительной колонки

4 через переключатель потоков 2 сообщается с атмосферой (выход с).

В результате начинается обратн. я продувка части (В ) второй разделит льной колонки 7 и первой разделительной колонки 4. По сигналу Р =1 программатора анализа 20 первый запорный клапан 15 .закрывается, поэтому во время обратной продувки компоненты С (компоненты С при этом еще не выходят из первой разделительной колонки 4) поступают в первую ячейку 9 катарометра 10 и фиксируются регистратором 19 °

Для того, чтобы избежать наложения компонентов С4 на пики компонентов С., - C>, фиксируемых второй ячей- . кой 13 катарометра 10, выход компонентов из первой разделительной колонки

4 при прямой продувке может быть задержан путем подачи сигнала Р =0 ко

Э второму запорному клапану 16, открывающемуся при этом. Одновременно с обратной продувкой первой разделительной колонки 4 во второй разделительной колонке i продолжается разделение компонентов C - C, которые с помощью второй ячейки 13 катарометра

10 фиксируются регистратором 19. После фиксации всех ключевых компонентов (от С„ до С ) и окончания обратной продувки, при которой из первой разделительной колонки 4 удаляются ком- поненты С и С, программатор 20 анализа приводит хроматограф в первоначальное состоянйе.

Таким образом, благодаря наличию первого запорного клапанИ> байпасирующего первую ячейку детектора, а также второго запорного клапана, задерживающего проявление компонентов на первой ячейке катарометра, наложение пиков исключено, а это позволяет обеспечить максимально возможные при выбранных условиях анализа чувствительность и точность при определении компонентов.

Поскольку на выходе второй разделительной колонки перед второй ячейкой катарометра давление стабилизируется, а гидравлическое сопротивление на входе первой ячейки катарометра небольшое, то забросы показаний при переключениях потоков кратковременны. Специальная конструкция второй разделительной колонки позволяет исключить мертвый объем в месте подсоединенйя линии обратной продувки к боковому штуцеру. формула изобретения

1. Газовый хроматограф, содержащий . вязанные между собой разделительные

10 связаны с регистратором 19 соединенным с програматором 20 анализа.

Программатор 20 анализа связан с управляющими входами переключателя 2 потоков, первого 15 и второго 16 запорных клапанов с помощью соответствующих управляющих каналов P Р и

t ф

Р . Вторая разделительная колонка (фиг. 2) выполнена из заполненных сорбентом первой части 21 и второй части 22, установленных с помощью гаек 23 и втулок 24 в муфте 25, в ко10 торой выполнены центральный 26 и перпендикулярный ему боковой 27 каналы.

При этом центральный канал 26 заполнен сорбентом и отделен от бокового канала 27 сетчатой перегородкой 28, укрепленной на боковом.штуцере 29, который представляет собой скобу, охватывающую муфту 25 и укрепленную на ней с помощью болта 30.

Работа хроматографа (фиг. 1) про- 20 текает следующим образом.

В первоначальном состоянии хрома тографа программатор 20 анализа вырабатывает следующие сигналы : P =0

У

Р =0 и Рз- — 1, при этом нулевые сигна- 25 лы для запОрных клапанов 15 и 16 соответствуют открытому положению этих устройств, а нулевой для переключателя 2 потоков соответствует положению прямой продувки °

Газ — носитель от регулятора 1 давления через переключатель 2 потоков и устройство 3 ввода пробы поступает на вход первой разделительной колонки 4. С выхода этой колонки газноситель поступает на вход второй разделительной колонки 7 через.первый запорный клапан 15, минуя при этом первую ячейку 9 катарометра 10.

Это объясняется тем, что первый запорный клапан 15 в открытом положе- 40 нии имеет значительно меньшее гидравлическое сопротивление, чем сопротивления дросселей 8 и 11, включенных последовательно с ячейкой 9. С выхода разделительной колонки 7 газноситель через дроссель 12 поступает во вторую ячейку 13 катарометра

10. Для стабилизации расхода газа через ячейку 13 с помощью дополнительного регулятора 14 давления поддерживают постоянное давление на входе дросселя 12.

После ввода в первую разделительную колонку 4 с помощью пробовводного устройства 3 пробы, содержащей, например, смесь углеводородов.от С

4 до С в указанной колонке происходит отделение группы Углеводоров С„-С4 до С>. При этом первая разделительная колонка 4 имеет небольшую длину, а следовательно, и небольшое гищИ- фО влическое сопротивление. Групна С С через первый запорный клапан 15 поступает во вторую разделительную колонку 7, где на заданной длине

94 от входа этой колонки происходит с.7

871062

I колонки, на выходе первой иэ которых подключена первая ячейка катарометра с первым дросселем на ее выходе, а на выходе второй разделительной колонки подключена вторая ячейка катарометра, связанная с атмосферой, и программатор анализа,. связанный соответственно со штуцерами управляющих сигналов двух запорных клапанов, установленных в газовых линиях, со штуцерами управляющих сигналов переключателя потоков, подключенного к регулятору давления газа - носителя, и со штуцерами управляющих сигналов у .тройства ввода пробы, подключенного к входу первой разделительной колонки и выполненного, например, в виде мембранного крана, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности анализа, он снабжен подключенным к входу первой ячейки катарометра вто- 2О ром дросселем, вход которого соединен с выходом первого дросселя через первый эапорный клапан, а вход и выход первой разделительной колонки соединены между собой через второй эапорный клапан, при этом введен также дополнительный регулятор давления, подключенный к выходу второй разделительной .калонки, снабженной боковым штуцером, установленным на заданном расстоянии от входа этой колонки и связанным с переключателем потоков.

2. Хроматограф по и. 1, о т л и ч а ю. шийся тем, что вторая разделительная колонка выполнена из двух частей, соединенных муфтой с выполненными в ней центральным и перпендикулярным ему боковым каналами, при этом центральный канал заполнен сорбентом и отделен От бокового канала сетчатой перегородкой, укрепленной на боковом штуцере.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лейбнитц Э. Руководство по га.зовой хроматографии. М., Мнр, 1969, с.225.

2. Авторское свидетельство СССР 9 787985, кл. G 01 Ю 31/08, 1979 (прототип).