Концентратор примесей для газовогохроматографа

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С ИТИЗЬСТВУ. Союз Севетскнз

Соцнаанстнчвскнх

Республнк

< о8425 78 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25,09.79 (21) 2823204/23-25 с присоединением заявки Йо— р )м. кл.

G 01 N 31/08

Государственный комитет

ССС.P по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 3006,81.Бюллетень Н9 24 (53) УДК 543.544 (088.8) Дата опубликования описания 30,06.81 (72) Авторы изобретения

В.П.Закатов, A.Â.Ìàøáaö, В.В.Постников и И.В.Симонов

Всесоюзный научно-исследовательский и проектноконструкторский институт комплексной автомат.эвции нефтяной и газовой промышленности

/ (71) Заявитель > э rß."rpp

f :- чч6(,ду " л (54) КОНЦЕНТРАТОР ПРИМЕСЕИ ДЛЯ ГАЗОВОГО

ХРОМАТОГРАФА 1

":В Д

Изобретение относится к газовой хроматографии и найдет применение в приборах, предназначенных для определения количественного содержания .. примесей в газообразных веществах.

Дгя определения содержания примесей в газах, когда чувствительность детектирующей системы хроматографа недостаточна для их непосредственного измерения, широко применяется хроматографический анализ с предварительным концентрированием примесей. Для концентрирования примесей используются устройства, основанные 15 на сорбционных методах, в которых производится накопление и пространственное отделение примесей от основного компонента эа счет из различной сорбируемости на слое адсорбента, 20 которым заполнена накопительная колонка. В колонку с адсорбентом вводится большая проба анализируемого газа где легкие примесные компоненты, т.ъ. компоненты, сорбирующие хуже основного компонента анализируемого газа, скапливаются на переднем фронте, а тяжелые примесные компоненты, т.е. компоненты, сорбирующиеся лучше основного ком- 30 понента — на заднем фронте введенной пробы, Известны термоадсорбционные концентраторы тяжелых примесей для газо. вого хроматографа, которые ссдержат криотермостат, состоящий из нагревателя и теплоизоляцнонной камеры с хладагентом, в котором размещена заполненная адсарбентом накопительная колонка, выполненная в виде незамкнутого кольца, приводимого во вращение посредством специального механизма. Вход накопительной колонки соединен через клапаны с источником анализируемого газа и линией газаносителя, а выход ее подключен к хроматографическому анализатору и к линии сброса.

Проба анализируемого газа вводится. в накопительную колонку, нахОдящуюся в камере с хладагентом, где происходит накопление тяжелых примесей, сорбирующихся на охлажденном адсорбенте колонки; По окончании ввода пробы накопительная колонка приводится во вращение и вводится вхсдным концом в нагреватель, плавно перемещаясь as холодной зоны криотермостата в теплую зону. Одновре842578 менно вход накопительной .колонки соединяется с линией газа-носителя.

За счет разогрева накопленные .в колонке примеси десорбируют и под действием надвигающегося теплового поля концентрируются в потоке газа-носителя в узкие полосы на выходе, накопительной колонки и далее вводятся на проявительный анализ в хроматограф (1).

Недостатком такого концентратора является сложность конструкции и малая надежность работы. Наиболее близким по технической .сущности к предлагаемому .является концентратор, содержащий криотермостат, выполненный в виде электри- 15 ческого нагревателя и теплоиэолированной камеры с крышкой и штуцерами для ввода хладагента, и размещенную в криотермостате заполненную . адсорбентом накопительную колонку, Щ вход которой соединен с линией анализируемого газа и линией газа-носителя, а выход подключен к.хроматографическому анализатору и к линии сброса. Накопительная колонка, выполненная в виде спирали, при накоплении размещается в камере с хладагентом, а при концентрировании также посредством -приводного механизма переводится из холодной в тепловую зону криотермостата, перемещаясь в воздушном зазоре нагревателя (2) . ,Концентратор имеет сложную конструкцию, которая определена наличием двух разнесенных в пространстве теплоизолированных зон и подвижной накопительной колонкой, снабженной механизмом перемещения колонки, Конструкция не обеспечивает быстрый разогрев входящих в нагреватель 40 участков накопительной колонки из-за наличия воздушного зазора между стенками нагревателя и подвижной колонкой даже при неограниченно больщой мощности нагревателя. Кроме того, 5 требуется согласование скоростей перемещения колонки, протекающего через колонку газа-носителя и ее разогрева. Устройство имеет -низкую надежность вследствие наличия быстро иэнашиваемых трущихся частей и ненадежных углотнений в подвижных частях газовых линий накопительной колонки, низкую точность работы вследствие неполной десорбции компонентов примесей при нагреве колонки и размытия полос примесей в накопительной колонке при концентрировании.

Цель изобретения — повышение надежности работы концентратора. 60

Указанная цель достигается тем, что в концентраторе примесей для газового хроматографа, содержащем криотермостат, выполненный в виде теплоизолированной камеры с крышкой у5 и штуцерами для ввода и вывода хладагента, размещенную в криотермостате заполненную адсорбентом накопительную колонку и электрический нагреватель, Теплоиэолированная камера имеет несколько полостей, отделенных друг от друга теплоотражательными перегородками с отверстиями для прохода.хладагента, а электрический нагреватель выполнен из такого же количества независимых секций, размещенных соосно в полостях теплоизолированной камеры, причем участки колонки размещены на секциях нагревателя. При этом каждая секция электрического нагревателя выполнена в виде цилиндра с множеством продольных каналов, в которых намотан проволочный нагревательный элемент, а на боковой поверхности цилиндра выполнена винтовая канавка,в которой уложена спиральная накопительная колонка. !

Предлагаемая конструкция концентратора имеет одну теплоизолированную камеру, в которой неподвижно размещена накопительная колонка, не имеет подвижных частей, обеспечивает быстрый разогрев накопительной колонки и не требует согласования скорости газа-носителя со скоростью разогрева колонки.

На чертеже представлен концентратор примесей для газового хроматографа.

Он содержит криотермостат,включающий теплоизолированную камеру 1 с крышкой 2, на которой с помощью стержня 3 закреплен электрический нагреватель, состоящий из нескольких секций 4 — 6. Теплоизолированная камера 1 выполнена в виде цилиндрического сосуда с двойными стен-. ками, пространство между которыми заполнено теплоизоляционным материалом или отвакуумировано. В нижней части камеры 1 и на крышке 2 размещены шутцеры 7 и 8, предназначенные соответственно для ввода в камеру 1 и сброса из нее хладагента, а сама камера посредством теплоотражательных перегородок 9, снабженных отверстиями 10 для прохода хладагента, разделена на полости 11-13, в которых размещены соответственно секции 4-6 электрическбго нагревателя. На крышке 2 размещены концы накопительной колонки 14, выполненной в виде .;спирали,разделенной теплоотражательными перегородками 9 на участки 15-17, которые закреплены на секциях 4-6 нагревателя.

Секции электрического нагревателя

4-6 выполнены в виде цилиндров, размещенных по оси теплоизолированной камеры 1. В верхне части каждой секции, на боковой поверхности цилиндра, имеется винтовая канавка 18

842578 для обеспечения плотного .прилегания участков 15-17 накопительной колонки

14 к сециям нагревателя. Вдоль оси цилиндра в каждой секции 4-6 выполнены электроизолированные каналы 19, предназначенные для прохода хладагента, в которых челночно намотан проволочный нагревательный элемент 20

Концентратор работает следующим образом.

В исходном состоянии включены все секции 4-6 электрического нагревателя, в термостатированной камере 1 поддерживается постоянная высокая (250-300 С) температура. Накопительная колонка 14 продувается газом-носителем.

В режиме накопления примесей выключают электрический нагреватель и охлаждаЮт накопительную колонку.

Для этого в термостатированную камеру 1 через штуцер 7 вводят хладагент, например, пары жидкого азота с постоянной (мийусовой) температурой. Хладагент проходит через каналы

19 секций 6, 5, 4 нагревателя, отверстия 10 теплоотражательных перегородок 9, заполняя последовательно полости 13; 12 и 11 теплоизолированной камеры 1 и через штуцер 8 сбрасывается. Участки 17, 16 и 15 накопительной колонки 14, плотно прилегающие к секциям 6,5,4 нагревателя, охлаждаются вместе с нагревателем за короткий промежуток времени. Когда во всех полостях

13, 12, ll камеры 1 установится заданная температура, вход накопительной колонки соединяют с линией ана лизируемого газа (измерители температуры и устройства, коммутирующие вход и выход накопительной колонки, .на чертеже не показаны).

Анализируемый газ проходит через накопительную колонку 14, на охлажденном адсорбенте колонки происходит сорбция (поглощение) тяжелых .примесных компонентов. а основной продукт вместе с легкими примесями поступает в линию сброса. Примеси, поглощаемые адсорбентом .накопительной колонки, обладают различной сорбируемостью, поэтому насыпают адсорбент в виде полос различной ширины, начиная от входа колонки.

Ширина полосы адсорбента, занимаемая каждым компонентом, зависит также от парциального давления данного компонента примеси в анализируемом продукте и в области малых концентраций ширина полос уменьшается пропорционально парциальному давлению. Длина накопительной колонки подбирается таким образом, чтобы наи,большая ширина полосы адсорбента,,насыщенного примесями при вводе пробы анализируемого газа в накопительную колонку, не превышала длины колонки.

65 реносятся газом-носителем с выхода накопительной колонки 14 в хроматоI

Когда через накопительную колонку

14 пропущено необхсдимое для анализа количество анализируемого газа, вход колонки отключают от линии анализируемого газа и подключают

5 к линии rasa-носителя. Последовательно, начинйя с верхнего (входного 15), нагревают участки 15-17 накопительной колонки 14 для чего поочередно включают нагревательные элементы 20, размещенные в секциях 4-6 электрического нагревателя. Первым включают нагревательный элемент 20 секции 4, установленной в полости 11 теплоизолированной камеры l. При этом хладагент, поступающий в полость 11, 15 проходя через каналы 19 секции 4 нагревателя, омывает включенный нагревательный элемент 20, подогревается на входных участках каналов.

19 и принимает далее температуру

20 нагревателя. Температура в полости

11 растет до заданного постоянного значения (250-300оС). Участок 15 накопительной колонки 14, плотно прилегающий к секции 4 нагревателя, активно нагревается,до заданной температуры.

Под действием тепла примеси на участке 15 накопительной колонки

14 десорбируют, потоком газа-носителя переносятся на холодные. участки 16 и 17 накопительной колонки 14 и поглощаются охлажденным адсорбентом. При десорбции примесей с разогретого участка 15 растут парциальные давления компонентов примесей в газе-носителе, вследствие чего десорбированные и вытесненные газом-носителем с участка 15 примеси занимают на охлажденных участках

16 и 17 накопительной колонки 14

4р более узкие полосы, т.е.концентрация их повышается.

После вытеснения примесей с участка 15 включают нагревательный элемент 20 секции 5 нагревателя.

Аналогично повышается температура до заданного значения в полости 12 и разогревается участок 16 накопительной колонки 14. Примеси, поглощенные этим участком колонки, десорбируют и переносятся на охлажденный участок 17 накопительной колрнки 14, при этом полосы примесей на этом участке еще сжимаются.

Когда все примеси будут сконцентрированы на участке 17, выход

55 накопительной колонки 14 подключают к хроматографическому анализатору, прекращают подачу хладагента в repмостатированную камеру 1 и включают нагревательный элемент 20 секции що 6 нагревателя. Температура в полости

13 быстро повышается до заданного значения (250-300ОС), примеси десорбируют и в вжде узких полос пе842578 графический анализатор на проявительный анализ.

Концентратор готов к очередному циклу работы.

Таким образом, благодаря размещению накопительной колонки неподвижно на нагревателе, установленном в теплоизолированной камере, упрощается конструкция концентратора и повышается его надежность. Одно. временно предлагаемая конструкция концентратора позволяет выбирать оптимальные размеры и форму накопительной колонки и обеспечивает быстрый нагрев участков накопительной колонки по заданной программе до требуемой температуры. Это создает оптимальные условия для извлечения примесей as анализируемого газа.

При этом исключаются потери слабосорбирующихся компонентов и,полностью десорбируют наиболее прочно удерживаемае адсорбентом компоненты примесей opg разогреве участков колонки. достигается. концентрирование. примесей в узкие полосы на выходе накопительной колонки и оптимальный ввод их в хроматографический анализатор. Все это повышает точность хроматографических анализов примесей.

Формула изобретения

1. Концентратор примесей для газового хроматьграфа, содержащий криотермостат, выполненный в виде теплоизолированной камеры с крыш- кой и штуцерами для ввода и вывода хладагента, накопительную колонку, заполненную адсорбентом и установленную в криотермостате, и электрический нагреватель, о т л и ч а ю- шийся тем, что, с целью повышения надежности работы, теплоизолированная камера имеет несколъко полостей, отделенных друг от друга теплоотражательными перегородками с отверстиями для прохода хладагента, а электрический нагреватель выполнен из такого же числа независимых секций, расположенных соосно в полостях теплоизолированной камеры, причем участки накопительной колонки размещены на секциях нагревателя.

2. Концентратор по п. 1, о т л и

20 ч а ю шийся тем, что каждая секция электрического нагревателя выполнена в виде цилиндра с множеством продольных каналов, в которых намотан.проволочный нагревательд ный элемент, а на боковой поверхности цилиндра выполнена винтовая канавка, в которой уложена спиральная накопительная колонка

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ю 257848 кл. G Gl N 31/08 1965.

2.Патент США Р 3232093,кл,773-23.1, 1966 (прототип)., 842578

Гва. моеител

Аеапиа. ааэ

Ф7

Заказ 5070/48

Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Э. Скорняков

Редактор Н. Кешеля Техред,М.Голинка Корректор Ю. Макаренко