КРАН-ДОЗАТОР

Изобретение относится к химической технологии, а именно, к дозирующим устройствам, используемым в лабораторных приборах для анализа газообразных веществ.
Известны петлевые дозаторы, применяемые в лабораторных хроматографах, обычно изготовленные из металла (К.Геккелер, Х.Экштайн. «Аналитические и препаративные лабораторные методы», Москва: Химия, 1994, стр.179). В известных кранах-дозаторах такого типа ввод пробы на анализ производится либо поступательным перемещением штока, либо переключением потоков газов путем поворота пробки относительно корпуса. Проба анализируемого газа отбирается в петлю, выполненную из отрезка трубки небольшого диаметра и подсоединенную к крану снаружи. Герметичность подсоединения частей крана обеспечивается путем прокладок и уплотнений, изготовленных из резины, пластика или мягкого металла.
Недостатком известных металлических устройств является их низкая устойчивость к коррозии. Например, при необходимости анализировать галогенсодержащие газовые смеси, особенно в режиме on-line, такое оборудование не подходит из-за низких антикоррозионных свойств материалов, из которых оно изготовлено.
Известны аналогичные 6-ти ходовые стеклянные краны-дозаторы, используемые в лабораторных установках (П.П.Коростелев, Лабораторные приборы технического анализа. Справочник Москва: Металлургия. 1987, стр.149). Петля для отбора пробы подсоединяется снаружи.
Известен 4-ходовой кран, состоящий из муфты и пробки (Альбом стеклодувных изделий, часть 2, ИК СОАН СССР, Новосибирск, 1974 г., стр.3.) Для отбора пробы анализируемого газа служат соединительные дугообразные трубки-ходы внутри пробки крана. Герметичность в стеклянных кранах обеспечивается смазкой, вакуумной или крахмальной, в зависимости от состава анализируемых газов.
Недостатком известных 4-ходовых кранов является то, что смазка обычно портится при работе с агрессивными веществами и загрязняет анализируемые газы.
Этот недостаток решается в известных 1-, 2-х и 3-х ходовых кранах с фторопластовыми пробками и стеклянными муфтами, которые устойчивы к воздействию агрессивных реагентов и не требуют смазки, так как фторопластовая масса действует сама как смазка (Б.Д.Стенин. Техника лабораторного эксперимента в химии. Москва, "Химия". 1999, стр.78.).
Однако, дозирующее устройство, изготовленное с использованием петли фиксированного объема и комбинации этих простых кранов, оказывается громоздким и неудобным для использования в лабораторных микроустановках. Большая длина газовых линий, ведущих к вводу пробы в хроматограф, приводит к "размыванию" пробы и ухудшению результатов анализа.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является стеклянный 4-х ходовой кран с дугообразными трубками-ходами внутри стеклянной пробки. Недостатком известного крана является то, что он хрупкий, так как изготовлен из стекла, что сокращает срок его службы, делает его небезопасным в эксплуатации, а также необходимость использования в подвижной части крана смазки, которая обычно портится при работе с агрессивными компонентами реакционной среды, приводит к загрязнению анализируемых газов. Кроме того, он громоздкий и не удобен в эксплуатации.
Задачей изобретения ставилось разработать кран-дозатор, обладающий коррозионной стойкостью в отношении агрессивных газов, без использования смазки, с приемлемыми размерами для возможности встраивания в технологическую схему микроустановки, удобным расположением входных и выходных отверстий для подсоединения газовых линий, простотой изготовления и безопасным при эксплуатации.
Задача решается тем, что в кране-дозаторе, включающем неподвижный корпус, в котором расположены два входных и два выходных канала для подключения анализируемого и хроматографического газов, вращающуюся пробку, в которой выполнены два независимых непересекающихся сквозных канала. Корпус и пробка выполнены из фторопласта, корпус - в виде прямоугольного параллелепипеда со сквозной выемкой по центру наименьшей грани в виде усеченного конуса, а пробка - в виде усеченного конуса. Отверстия входных и выходных каналов корпуса расположены на противоположных боковых гранях поверхности корпуса, при этом центры отверстий входного и выходного каналов для каждого газа расположены по вертикали на одинаковом расстоянии относительно верхней грани корпуса, а независимые
непересекающиеся сквозные каналы расположены в пробке крестообразно относительно друг друга, причем центры их входных и выходных отверстий разнесены по вертикали относительно друг друга на расстояние, равное расстоянию между центрами входных и выходных отверстий каналов корпуса соответственно. При этом дополнительно пробка снабжена расположенным на ее верхнем торце узлом поворота пробки относительно корпуса и прижимным устройством, расположенным на нижнем торце пробки. Узел поворота пробки относительно корпуса выполнен в виде прямоугольной пластины и является единым с ней целым. Кроме того, узел поворота пробки относительно корпуса может быть выполнен в виде пневмопривода либо в виде механического рычага.
Технический эффект заключается в том, что заявляемое изобретение обеспечивает возможность работать с агрессивными средами, обладает прочностью и безопасностью при работе. Кроме того, оно позволяет значительно уменьшить объем подводных газовых линий технологической схемы установки и тем самым повысить точность анализа, а также позволяет уменьшить габариты крана и использовать его в микроустановках.
Сущность изобретения поясняется фиг.1, на котором представлена блок-схема заявляемого крана-дозатора, где 1 - это корпус крана-дозатора, 2 - пробка с выточенными каналами внутри пробки, 3 - входной канал корпуса для подсоединения входящего анализируемого газа, 4 - первый канал в пробке 5 - выходной канал корпуса для подсоединения выходящего анализируемого газа, 6 - входной канал корпуса для подсоединения входящего хроматографического газа, 7 - второй канал в пробке, 8 - выходной канал корпуса для подсоединения выходящего хроматографического газа, 9 - узел поворота, 10 - металлическая пружина, 11 - шайбы, 12 - регулирующий винт.
Корпус 1 крана-дозатора представляет собой прямоугольный параллелепипед (брусок или куб) со сквозной выемкой по центру наименьшей грани в виде усеченного конуса, предназначенной для пробки 2. В корпусе 1, прямоугольном параллелепипеде из фторопласта с двух противоположных боковых сторон расположены каналы для подвода газов, по два с каждой стороны - 3 и 6 с одной стороны параллелепипеда для входа газов и 5 и 8 с противоположной стороны параллелепипеда для выхода газов. Отверстия входных каналов 3 и 6 корпуса 1 и выходных каналов 5 и 8 корпуса 1 выполнены на противоположных боковых гранях поверхности корпуса, при этом центры отверстий входных каналов 3 и 6 и выходных каналов 5 и 8 для каждого газа
совпадают по вертикали относительно верхней грани корпуса. Расположение входных каналов с одной стороны корпуса и соответственно выходных с противоположной стороны позволяет существенно упростить схему подвода газов и уменьшить размеры и рабочий объем установки.
Пробка 2 крана-дозатора выполнена из сплошного куска фторопласта и представляет собой усеченный конус по размеру и форме, соответствующий выемке в корпусе крана-дозатора. Выполнение корпуса и пробки из фторопласта позволяет работать с агрессивными газами.
В пробке 2 выполнены два независимых непересекающихся сквозных канала 3 и 7. Каналы 3 и 7 в пробке 2 расположены крестообразно относительно друг друга, причем центры их входных и выходных отверстий разнесены по вертикали относительно друг друга на расстояние, равное расстоянию между центрами входных и выходных каналов корпуса.
Пробка 2 снабжена узлом поворота 9, расположенным на торце. Узел поворота 9 пробки 2 относительно корпуса 1 представляет собой расположенный на торце, перпендикулярно к поверхности пробки, выступ в виде прямоугольной пластины, который является единым целым с пробкой и служит рычагом для поворота пробки внутри корпуса крана-дозатора. Узел поворота может быть выполнен в виде пневмопривода либо в виде механического рычага
Прижимное устройство осуществляет поджим пробки 2 к корпусу 1 при помощи пружины 10 с двумя фиксирующими шайбами 11 и регулирующего винта 12, вкручивающегося в пробку 2.
Кран-дозатор работает следующим образом. Есть два положения пробки 2 относительно корпуса 1, отличающиеся вращательным поворотом пробки внутри корпуса на 180° относительно ее оси. В положении крана "отбор пробы" анализируемый газ поступает во входной канал корпуса 3, далее в канал пробки 4, выходной канал корпуса 5, хроматографический газ проходит по входному каналу 6, каналу пробки 7, выходному каналу корпуса 8. При этом канал 4 служит рабочей дозой для отбора пробы анализируемого газа. При повороте пробки крана на 180° в положение крана "анализ пробы" каналы 4 и 7 меняются местами. Проба анализируемого газа, находящаяся в канале 4, попадает в поток хроматографического газа, занимая положение 7, для подачи на хроматографическую колонку и детектор.
Преимущество заявляемого изобретения.
Заявляемый кран-дозатор прост в изготовлении и удобен в эксплуатации. Во фторопласте проще изготовить проходы желаемой конфигурации и нужного размера. Кроме того, оба канала 4 и 7 в пробке 2 поочередно служат дозой для отбора пробы и могут быть одинакового или разного размера, в зависимости от концентрации и состава анализируемого газа.
Кроме того, размещение технологических линий входа анализируемого и хроматографического газов с одной стороны крана-дозатора позволяет максимально уменьшить рабочий объем установки.