УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ ЛЕТУЧИХ ВЕЩЕСТВ В ПОТОКЕ ВОДЫ

Настоящая полезная модель относится к области аналитического приборостроения, в частности к средствам для обнаружения легколетучих нефтепродуктов в потоке воды.
В аналитической практике нередко возникают задачи, требующие получения непрерывной информации о содержании летучих веществ в воде, например, растворенных газов или летучих примесей в водоемах при измерениях с движущихся плавсредств.
Известна установка для определения примесей летучих веществ в потоке воды ((А.Г.Виттенберг, Н.В.Новикайте, Газохроматографическое определение примесей летучих веществ в воде методом проточного парофазного анализа. Журнал аналитической химии, 1999, том 54, №3, с.301)
Действие установки основано на извлечении летучих компонентов непосредственно из потока водной фазы в устройстве подготовки проб методом непрерывной газовой экстракции с мембранным разделением потоков воды и газа.
Установка содержит последовательно соединенные средство отбора проб водной фазы, средство подачи газа-носителя, средство подготовки проб, газохроматографический детектор и соединяющую их транспортную магистраль, включающую каналы подвода и отвода воды и газа-носителя.
Средство подготовки проб представляет собой мембранный экстрактор, выполненный в виде двухкамерной ячейки. Камеры друг от друга разделены гидрофобной газопроницаемой многослойной мембраной. Первая камера имеет подвод и отвод для воды. Вторая камера имеет подвод и отвод для газа-носителя. Таким образом, в камерах реализуется непрерывная подача воды и газа-носителя. Перенос летучих примесей из потока воды в поток газа-носителя осуществляется за счет диффузии.
Описанное устройство имеет ряд недостатков:
1. Одним из определяющих условий количества переносимых примесей летучих веществ из фазы воды в фазу газа-носителя в динамической системе потоков является площадь поверхности раздела фазы воды и фазы газа. Площадь межфазовой поверхности в данном устройстве определяется площадью мембраны, разделяющей две фазы. Диффузия летучих примесей из слоя воды, прилегающего к границе раздела фаз, осуществляется быстро, но диффузия примесей летучих веществ из отдаленных слоев воды к границе раздела фаз, возникающая в связи с установлением градиента концентрации, протекает заметно медленнее и является скоростьопределяющей стадией всего процесса установления равновесного распределения концентраций летучих примесей между фазами воды и газа-носителя. В связи с тем, что система является динамической, установление равновесного распределения концентраций летучих примесей между фазами не достигается, что приводит к установлению относительно низкой чувствительности устройства.
2. В связи с тем, что рабочая поверхность мембраны быстро загрязняется, и, следовательно, ухудшаются ее рабочие характеристики, требуется систематическая замена мембраны.
Техническим результатом полезной модели является повышение чувствительности и упрощение обслуживания устройства.
Для достижения указанного технического результата, в устройстве для определения примесей летучих веществ в потоке воды, содержащем средство отбора проб водной фазы, средство подачи газа-носителя, средство подготовки проб, газохроматографический детектор и соединяющую их транспортную магистраль, включающую каналы подвода и отвода воды и газа-носителя, в соответствии с заявляемой полезной моделью, средство подготовки проб выполнено с возможностью принудительного противоточного ввода газа-носителя в поток воды с последующим самопроизвольным межфазовым разделением потоков воды и газа-носителя, обогащенного примесями летучих веществ.
Средство подготовки проб может быть выполнено в виде вертикально установленной емкости цилиндрической формы, при этом, канал подачи газа-носителя встроен в верхний торец и имеет длину, обеспечивающую выпуск газа-носителя в водную фазу в нижней части средства подготовки проб, канал отвода потока газа-носителя к газохроматографическому детектору подсоединен в верхней части средства подготовки проб, канал подачи воды подведен к нижней торцевой части средства подготовки проб, а канал отвода воды подсоединен к его боковой части, на уровне, превышающем уровень выпуска в воду газа-носителя, при этом, канал подачи потока газа-носителя в водную фазу снабжен сеткой с мелкими отверстиями, установленной на его выпускном конце.
Канал отвода воды может быть выполнен с U-образным изгибом, при этом его верхний конец расположен на уровне, превышающем уровень отвода воды в боковой части средства подготовки проб.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, на котором представлен пример структурной схемы устройства, на которой:
1 - средство отбора пробы воды;
2 - входной фильтр;
3 - насос для подачи пробы воды;
4 - канал подвода пробы воды;
5 - средство подготовки проб;
6 - канал отвода воды;
7 - средства подачи газа-носителя;
8 - фильтр;
9 - насос для подачи газа-носителя;
10 - канал подачи газа-носителя;
11 - сетка с мелкими отверстиями;
12 - канал отвода газа-носителя, обогащенного исследуемыми примесями;
13 - газохроматографический детектор.
Устройство для определения примесей летучих веществ в потоке воды (фиг.) содержит средство 1 отбора проб водной фазы, содержащее, например, входной фильтр 2 и насос 3 для подачи пробы воды, установленное вертикально средство 5 подготовки проб, средство 7 подачи газа-носителя, газохроматографический детектор 13 и соединяющую их транспортную магистраль. Средство 5 подготовки проб может быть выполнено, например, в виде емкости цилиндрической формы. Канал 4 подачи пробы воды подведен к нижней торцевой части средства 5. Принудительный противоточный ввод газа-носителя в поток воды создается насосом 9 средства 7, подающим газ-носитель по каналу 10, встроенному в верхний торец средства 5 подготовки проб и имеющему длину, обеспечивающую выпуск газа-носителя в нижней части средства 5 подготовки пробы в поток поступающей во встречном направлении воды. На нижнем конце канала 10 подачи потока газа-носителя в водную фазу установлена сетка 11 с мелкими отверстиями для предварительного диспергирования газа-носителя.
Канал 6 отвода воды подсоединен к боковой части средства 5 на уровне, превышающем уровень выпуска в воду газа-носителя. Канал 12 отвода потока газа-носителя к газохроматографическому детектору 13 подсоединен в верхней части средства 5 подготовки проб.
Канал 6 отвода воды имеет U-образный изгиб, для создания водяного затвора в целях избежания потери через него газа-носителя, причем его верхний конец расположен на уровне, превышающем уровень отвода воды в боковой части средства 5 подготовки пробы.
В качестве газохроматографического детектора 13 может использоваться любой из известных фотоионизационных детекторов.
В качестве водного насоса 3 может быть использован Masterflex Model №77521-47. В качестве воздушного насоса 9 - Aquael АР-100.
Устройство работает следующим образом.
Поток воды забирается насосом 3 через входной сетчатый фильтр 2 средства 1 отбора пробы воды. По каналу 4 подвода вода поступает в средство 5 подготовки пробы. Вода заполняет корпус устройства 5 и канал 6 отвода воды до уровня верхнего конца U-образного изгиба и в дальнейшем идет на сброс. Газ-носитель, в качестве которого используется атмосферный воздух, забирается средством 7 подачи газа-носителя, содержащим фильтр 8 для очистки воздуха от летучих нефтепродуктов и насосом 9. Газ-носитель подается по каналу 10 подвода газа-носителя в средство 5 подготовки пробы, для последующего самопроизвольного межфазового разделения потоков воды и газа-носителя, обогащенного примесями летучих веществ.
На сетке 11 с мелкими отверстиями газ-носитель подвергается диспергированию, что приводит к образованию в воде потока пузырьков газа различного размера, обладающих в сумме большой межфазовой поверхностью. Пузырьки газа движутся неустойчиво по различным траекториям, заметно отклоняющимся от вертикали, и в объеме всего слоя прохождения пузырьков для жидкости характерна весьма интенсивная циркуляция. Большая межфазовая поверхность и интенсивность перемешивания являются благоприятными условиями для осуществления диффузии примесей летучих веществ из фазы воды в фазу газа, что способствует установлению состояния межфазового распределения примесей, приближенного к равновесному, и, как следствие, к более высокой чувствительности устройства по отношению к прототипу. После самопроизвольного межфазового разделения потоков воды и газа-носителя, обогащенного примесями летучих веществ, газ-носитель через канал 12 отвода газа поступает к газохроматографическому детектору 13, и далее идет на сброс.
Предлагаемое устройство прошло опытную проверку и показало высокую чувствительность определения примесей летучих веществ в потоке воды за счет создания большой площади межфазовой поверхности в единице объема, что существенно увеличивает диффузию примесей летучих веществ из фазы воды в фазу газа. Кроме того, отсутствие в конструкции устройства составных частей требующих регулярной замены, обеспечивает упрощение его обслуживания.
Представленный чертеж и описание позволяют, используя существующие материалы и технологии, изготовить предлагаемое устройство промышленным способом и использовать его для обнаружения примесей летучих веществ в потоке воды, что характеризует полезную модель как промышленно применимую.