ДОЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО В ПРОТОЧНОЙ СРЕДЕ

Полезная модель относится к области автоматического регулирования состава жидких сред и может быть использована в теплоэнергетике для создания однокомпонентных растворов малой проводимости для проверки и калибровки рН-метров "сверхчистой" воды.
Известно, что одним из важнейших вопросов измерения показателя рН слабопроводящих (сверхчистых) растворов в теплоэнергетике является вопрос корректной калибровки самих рН-метров. Калибровка в стандартных буферных растворах, имеющих электропроводимость несколько тысяч мкСм/см, не дает полной гарантии правильной работы прибора в растворах, электропроводность которых составляет величину менее 1 мкСм/см.
В тоже время однокомпонентные растворы простых неорганических веществ, таких, например, как аммиак, уксусная, соляная, муравьиная кислоты, имеют однозначную связь между электропроводностью и показателем рН. Это открывает принципиальную возможность использования этих растворов для решения проблемы проверки и калибровки рН-метров в слабопроводящих средах.
Практическая реализация указанной принципиальной возможности сталкивается с техническими трудностями приготовления слабопроводящих растворов. Контакт с воздушной средой неконтролируемо нарушает состав раствора. Так, например, обессоленная вода, полученная очисткой на ионообменных смолах и имеющая электропроводность в закрытой системе 0,06 мкСм/см, после простого переливания ее в открытый сосуд (сообщающийся с воздухом) приобретает электропроводнбость 0,5 мкСм/см. После непродолжительной выдержки ее в этом сосуде электропроводность возрастает до 2 мкСм/см и более. Углекислый газ, гуминовые кислоты, пары
воды с солевыми компонентами являются основными загрязнителями, попадающими в открытую жидкость из воздуха.
Известно дозирующее устройство в проточной среде по патенту РФ №2060534, МПК G 05 D 11/00, опубл. 20.05.1996, которое предназначено для дозирования маточного раствора в поток растворителя. Устройство содержит емкость, имеющую входной и выходные каналы, через которую протекает растворитель. Кроме того, устройство содержит второй сосуд (сосуд Мариотта), находящийся вне первого и соединенный с первым водоструйным насосом, представляющий собой патрубок U-образной формы. Сливной канал сосуда Мариотта подключен к подающей магистрали емкости, то есть, соединен с полостью первого сосуда. Сосуд Мариотта заполнен маточным раствором, который периодически за счет циклического действия водоструйного насоса порциями впрыскивается в поток растворителя.
Известное дозирующее устройство в проточной среде по совокупности существенных признаков является наиболее близким к заявляемому техническому решению и выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Недостатком известного устройства является то, что в процессе его работы происходит контакт смешивающихся жидкостей с воздухом, непрерывно поступающим во внутренние полости конструкции. Как уже указано выше, контакт с воздушной средой неконтролируемо нарушает состав конечного раствора. Хотя в описании работы об этом напрямую не сказано, необходимость поступления свежих порций воздуха следует из самого принципа работы устройства. Действительно, маточный раствор, находящийся в сосуде Мариотта, выталкивается давлением поступающего в него воздуха из сосуда с растворителем (из нижнего сосуда). Таким образом, воздух из нижнего сосуда перекачивается в сосуд Мариотта, откуда он уже не может быть возвращен обратно в силу того, что он заперт там жидкостным затвором, образованным маточным раствором и подающей
воздух трубкой, срез которой находится в жидкости. Таким образом, для непрерывной работы устройства требуется поступление новых порций воздуха в сосуд с растворителем (в нижний сосуд) в количестве, равном объему воздуха, ушедшего в сосуд Мариотта. Очевидно, что поступление новых порций воздуха происходит через выходной патрубок, выполненный в виде изогнутой трубки и работающий как классический сифон. Вытекание жидкости из данного патрубка не происходит до тех пор, пока уровень поступающего растворителя не достигнет верхнего уровня патрубка - то есть пока жидкость не заполнит весь патрубок. Начавшийся слив жидкости прекращается тогда, когда жидкостная струя будет прервана попавшим в канал воздухом. Поток воздуха будет направлен внутрь сосуда в силу того, что внутри его возникает разрежение по мере перекачивания воздуха в сосуд Мариотта.
Недостатком устройства является и прерывистость процесса дозирования, приводящая к флюктуациям концентрации дозируемого вещества в растворе, которые для определенных применений могут оказаться нежелательными.
Другим недостатком можно назвать сложность технической реализации и эксплуатации. В соответствии с описанием работы данного устройства, маточный раствор или «концентрат» «поступает в зону активного перемешивания, создаваемую струей растворителя, подающегося в емкость...». На пояснительном рисунке схема подачи «концентрата» не показана. Очевидно, что непосредственно подаваться в сосуд с растворителем он не может в силу того, что в этом случае избыточное давление воздуха в сосуде с растворителем будет одинаково воздействовать на оба канала, соединенные с сосудом Мариотта, и никакого движения жидкости из сосуда не будет. Для работы устройства необходимо, чтобы канал слива «концентрата» был соединен с областью разрежения, где давление меньше давления в сосуде с растворителем. Причем величина разрежения должна быть такова, чтобы поступающий из сосуда с растворителем воздух смог
преодолеть гидростатическое давление столба маточного раствора, находящегося в сосуде Мариотта. В противном случае слив растворителя из сосуда начнется через выходной патрубок раньше, чем будет вытолкнут маточный раствор из сосуда Мариотта. В то же время разрежение не может быть слишком большим, иначе слив маточного раствора будет происходить всегда независимо от движения уровня растворителя в нижнем сосуде. Возможно и забрасывание растворителя в сосуд Мариотта. Не менее значительно будет влиять изменение давления в выходном патрубке, через который сливается готовый раствор. Таким образом, можно отметить, что работа устройства будет происходить при строго фиксированных параметрах потока - входном давлении (давлении в зоне, в которую подключена сливная трубка из сосуда Мариотта) и выходном давлении (давлении в зоне подключения выходного патрубка), а также при фиксированном расходе. Очевидно, что в этом случае требуется определенные меры для поддержания указанных параметров потока в необходимых пределах, то есть дополнительные устройства, техническая реализация которых не вполне очевидна, и которые в целом усложняют предложенное устройство.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является осуществление операции дозирования паров легколетучего вещества в проточную среду, исключающей загрязнение получаемого раствора примесями из окружающего воздуха, обеспечение непрерывности дозирования, упрощение устройства.
Технический результат достигается тем, что в дозирующем устройстве в проточной среде, содержащем герметичную емкость, подводящий и отводящий жидкость каналы, и сосуд с каналом, подводящим насыщающее вещество, согласно полезной модели, в герметичной емкости установлена дополнительная емкость, подводящий и отводящий жидкость каналы установлены таким образом, что срез канала, подводящего жидкость, размещен над дополнительной емкостью, а срез канала, отводящего жидкость, размещен в нижней части дополнительной емкости, при этом
срезы каналов, подводящих жидкость и насыщающее вещество, расположены в верхней части герметичной емкости.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где:
на фиг.1 представлена схема устройства;
на фиг.2 - один из конструктивных вариантов исполнения устройства.
Дозирующее устройство в проточной среде содержит герметичную емкость 1, соответственно, подводящий и отводящий жидкость каналы 2 и 3, подводящий насыщающее вещество канал 4, емкость 5 с насыщающим веществом 6 и дополнительную емкость 7. Дополнительная емкость 7 установлена в герметичной емкости 1. Подводящий и отводящий жидкость каналы 2 и 3 установлены таким образом, что срез канала 2, подводящего жидкость, размещен над дополнительной емкостью 7, а срез канала 3, отводящего жидкость, размещен в нижней части дополнительной емкости 7. Срезы подводящих жидкость и насыщающее вещество каналов 2 и 4 расположены в верхней части герметичной емкости.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Жидкость поступает через подводящий жидкость канал 2 и свободно стекает в дополнительную емкость 7. По мере наполнения емкости 7 в силу того, что емкости 1 и 5 герметичны, давление воздуха в них повышается и достигает давления в приемной магистрали, с которой соединен отводящий канал 3. После этого жидкость начинает выталкиваться из емкости 7. Таким образом, достигается непрерывный поток жидкости через данное дозирующее устройство в определенном диапазоне изменения давления независимо от давления, присутствующего в магистрали, куда оно подключено. Пары легколетучего вещества 6 свободно диффундируют по каналу 4 и попадают во внутреннюю полость емкости 1, где растворяются в потоке проходящей жидкости. Степень насыщения воды парами определяется концентрацией раствора 6 в сосуде 5, геометрией газодиффузионного канала 4 (длинной и диаметром канала), площадью зеркала жидкости, находящейся
в емкости 7 и площадью струн, падающей из канала 2. Изменяя какой либо из этих параметров, можно менять и степень насыщения жидкости парами легколетучего вещества. Наиболее удобно на практике менять концентрацию раствора 6 и геометрию канала 4.
Наличие дополнительной емкости 7 обеспечивает стабильность концентрации получаемого в дозаторе раствора для тех условий, когда температура протекающей жидкости превышает температуру окружающего воздуха. В подобных температурных условиях на внутренних стенках герметичной емкости 1 конденсируются висящие капли влаги, которые с течением времени укрупняются и стекают на дно сосуда 1. В силу того, что процесс образования капель относительно медленный, капли оказываются пересыщенными парами легколетучего вещества. Случайное попадание подобных пересыщенных капель в основной поток насыщаемой жидкости вызвало бы резкий и значительный всплеск концентрации. Наличие промежуточного сосуда 7 исключает влияние данного нежелательного процесса. Необходимо также отметить, что даже при равенстве температур протекающей жидкости и окружающего воздуха определенные летучие вещества способны образовывать висящие на стенках сосуда капли. В качестве примера можно привести соляную кислоту. Очевидно, что наличие сосуда 7 стабилизирует концентрацию получаемого раствора и в этом случае.
Срез канала 2, подводящего жидкость, расположен по вертикали напротив дополнительной емкости 7, обеспечивая, таким образом, подачу жидкости в эту емкость. Кроме того, для получения струи воды наибольшей длины, срез максимально удален от этой емкости (то есть, приближен к верхней стенки емкости 1). Это позволяет не только повысить степень насыщения протекающей воды парами легколетучего вещества, находящимися в воздушном пространстве емкости 1, но и снизить влияния возможных флюктуаций скорости потока протекающей жидкости на стабильность концентрации получаемого раствора.
Срез канала 3, отводящего полученный раствор, расположен близко ко дну дополнительной емкости 7, что расширяет диапазон возможного допустимого для нормальной работы устройства изменения давления в магистрали, к которой подключено устройство. Действительно, при повышении давления в магистрали воздух внутри емкости 1 должен сжаться и это приводит к подъему уровня жидкости в емкости 7. Максимально возможный уровень подъема жидкости (а значит и давления) определяется высотой самой емкости 7. Минимальный уровень жидкости, и, следовательно, минимальная величина давления в магистрали определяется положением среза отводящего канала 3. Необходимо отметить, что работоспособность устройства сохраняется и при выходе давления за указанные рамки. При значительном превышении давления в магистрали произойдет перелив жидкости из емкости 7 и наполнение емкости 1 до тех пор, пока давление сжатого воздуха достигнет давления в магистрали. И таким образом работа устройства не нарушится. При значительном падении давления в магистрали произойдет «прохват» воздуха в отводящий канал и работа устройства также восстановится. Однако подобные режимы часто не желательны на практике в силу того, что в первом случае в емкости 1 появится некоторый буферный объем жидкости, не уходящей в магистраль, что изменит (хотя и относительно медленно) концентрацию получаемого раствора. Во втором случае - попавший в магистраль некоторый объем воздуха может нарушить работу других устройств.
Срез канала 4, подводящего насыщающее вещество, расположен в верхней части герметичной емкости 1 для того, чтобы при ситуациях значительного повышения давления в магистрали, когда происходит перелив емкости 7 и заполнение емкости 1, жидкость не могла попасть в канал 4 и в емкость 5 с насыщающим веществом. Очевидно, что при попадании воды в канал 4 работа устройства нарушается полностью. По существу положение верхнего среза канала 4 определяет максимальное давление в магистрали,
с превышением которого работа устройства прекращается, поэтому он располагается в верхней части герметичной емкости 1.
Попадание загрязнений из окружающего воздуха исключается за счет того, что устройство выполнено герметичным. Загрязняющие примеси, первоначально находящиеся в воздухе внутри устройства, по мере его работы будут растворяться в потоке проходящей жидкости и через определенное время, которое можно назвать переходным процессом запуска в работу, будут полностью удалены из внутреннего объема. В силу герметичности устройства в стационарном установившемся режиме влияние загрязнений окружающего воздуха исключается.
Непрерывность дозирования обеспечивается непрерывностью диффузии паров легколетучего вещества и непрерывностью потока протекающей воды.
Простота технической реализации и эксплуатации устройства обеспечивается как простотой самой конструкции, так и отсутствием необходимости дополнительных устройств. Изменение давление в магистрали, в которой подключено устройство, изменение скоростей потока не нарушает его работоспособности.