УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ ГАЗОВОЙ СМЕСИ

Полезная модель относится к устройствам для разделения компонентов газовых смесей посредством частичной конденсации при обработке холодом и может быть использована в машиностроении, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности.
Известно устройство для концентрирования компонентов газовой смеси [SU 1815555 A1, МПК5 F25J 3/08, опубл. 15.05.1993], содержащее контактный теплообменный аппарат, в котором криогенная жидкость распределена по внутренним стенкам этого аппарата, а очищаемая парогазовая смесь - в объеме. Контактный теплообменный аппарат соединен с баллоном для сбора конденсированного растворителя, снабженным фильтром для отделения конденсированного растворителя от газа и паров криогенной жидкости. Устройство также снабжено регенератором для отделения криогенной жидкости и конденсированного растворителя, соединенным с баллоном для сбора конденсированного растворителя.
Недостатком устройства является контакт криогенной жидкости и парогазовой смеси, приводящий к разбавлению конденсируемого растворителя криогенной жидкостью, что требует использования дополнительно регенератора конденсированного растворителя.
Известно устройство для концентрирования компонентов газовой смеси [RU 2275233 C1, МПК (2006.01) B01D 59/50, F25J 3/08, опубл. 27.04.2006], выбранное в качестве прототипа, содержащее вымораживатель, вакуумную систему и баллон накопления. Вымораживатель выполнен в виде пустотелого вертикального цилиндрического сосуда и снабжен двумя патрубками, первый из которых соединен через первый и второй вентили с объемом, содержащим исходную газовую смесь. Вымораживатель соединен с баллоном накопления через дополнительный патрубок, размещенный на первом патрубке между указанными вентилями. Второй патрубок вымораживателя соединен через третий вентиль с вакуумной системой.
Недостатком устройства является использование разветвленной системы трубопроводов с вентилями, а баллон накопления концентрированных компонентов газовой смеси предусматривает наличие дополнительной вакуумной системы для его откачивания.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции устройства.
Устройство для концентрирования компонентов газовой смеси, также как в прототипе, содержит вымораживатель, вакуумную систему и баллон накопления компонентов газовой смеси. Вымораживатель выполнен в виде пустотелого вертикального цилиндрического сосуда и снабжен патрубками, один из которых через вентиль соединен с объемом, содержащим исходную газовую смесь.
Согласно полезной модели вымораживатель выполнен в виде азотной ловушки, а вакуумная система, баллон накопления концентрированных компонентов газовой смеси и внутренний объем вымораживателя связаны между собой через трехходовой кран.
Предложенное устройство позволяет концентрировать малые количества компонентов газовой смеси, имеющих температуру конденсации выше температуры кипения хладагента, а также исключает контакт газовой смеси с хладагентом.
По сравнению с прототипом, конструкция предложенного устройства проще за счет использования трехходового крана, установленного между вымораживателем, вакуумной системой и баллоном накопления компонентов газовой смеси. Это позволяет использовать единственную вакуумную систему как для откачивания баллона накопления компонентов газовой смеси, так и для создания разрежения в канале ввода смеси и вымораживателе. Кроме того, необходим только один вентиль, установленный между каналом ввода смеси и вымораживателем. Также исключается контакт отбираемой части газовой смеси с хладагентом.
На фиг. 1 приведена схема устройства для концентрирования компонентов газовой смеси.
Устройство для концентрирования газовой смеси содержит, соединенные последовательно трубопроводами, канал ввода 1 смеси (фиг. 1), вентиль 2, вымораживатель 3 в виде пустотелого вертикального цилиндрического сосуда, снабженного двумя патрубками трехходовой кран 4, вакуумную систему 5. Баллон накопления 6 концентрированных компонентов газовой смеси соединен с вымораживателем 3 и вакуумной системой 5 через трехходовой кран 4. Канал ввода 1 смеси соединен с объемом, содержащим газовую смесь.
В качестве вентиля 2 использован стеклянный кран. В качестве вымораживателя 3 выбрана азотная ловушка со стаканом, например ЭСК2-655. В качестве трехходового крана 4 использован трехходовой кран с индивидуальной пришлифовкой, например 1 КЗХ. Вакуумная система 5 образована трубопроводом с вакуумным насосом, например 2НВР-250Д. В качестве баллона накопления 6 концентрированных компонентов газовой смеси выбран предварительно откачанный вакуумной системой 5 газовый баллон, например баллон объемом 5 л, ГОСТ 949-73. В качестве хладагента могут быть использованы, например, жидкий азот, жидкий гелий, жидкий аммиак, жидкий кислород.
Канал ввода 1 смеси устройства для концентрирования компонентов газовой смеси устанавливают перпендикулярно реактору, в котором формируют поток газовой смеси, при помощи держателя, закрепленного на штативе.
При помощи трехходового крана 4 соединяют вакуумную систему 5 с баллоном накопления 6 концентрированных компонентов газовой смеси для создания в нем разрежения. Трехходовым краном 4 соединяют вымораживатель 3 и вакуумную систему 5. Открывают вентиль 2. Создают разрежение в канале ввода 1 смеси и внутреннем объеме вымораживателя 3 при помощи вакуумной системы 5. Стакан вымораживателя 3 наполняют хладагентом, например жидким азотом.
Создают исходную газовую смесь, например, плазменный поток с графитового электрода при помощи высокочастотного генератора ВЧГ-4/27. В качестве плазмообразующего газа используют, например, смесь аргона и кислорода в соотношении 20:80. Осуществляют в плазменном потоке химическую реакцию кислорода с углеродом, испаряющимся с графитового электрода, в результате чего образуют газовую смесь из аргона, кислорода и углекислого газа.
Напускают газовую смесь в канал ввода 1 смеси. Подают газовую смесь через вентиль 2 в вымораживатель 3. За счет теплообмена с хладагентом осаждают компоненты газовой смеси, температура конденсации которых выше температуры кипения хладагента. Компоненты газовой смеси, температура конденсации которых ниже температуры кипения хладагента, выводят в вакуумную систему 5 при помощи перепада давления.
После заполнения вымораживателя 3, соединяют его с баллоном накопления 6 концентрированных компонентов газовой смеси при помощи трехходового крана 4. Закрывают вентиль 2. Сливают хладагент из вымораживателя 3. За счет теплообмена с окружающей средой испаряют конденсированные компоненты газовой смеси из вымораживателя 3 и напускают их в баллон накопления 6 концентрированных компонентов газовой смеси за счет разрежения. Таким образом, концентрируют компоненты газовой смеси, температура конденсации которых выше температуры кипения хладагента, для последующего анализа состава компонентов газовой смеси.