ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ СЕЛЕКТИВНОСТИ ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ АБСОРБЕНТОВ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для определения селективности поглотительной способности физических и химических абсорбентов по отношению к сероводороду и диоксиду углерода.
Известно устройство для измерения массы, расхода и объема газа при выдаче его из замкнутой емкости (RU 2156960 С2, МПК G01F 1/86). Устройство содержит датчик давления газа и датчик температуры газа, установленные в замкнутой емкости, устройство управления, двухканальный аналогово-цифровой преобразователь, функциональное устройство на носителях памяти, дифференцирующее устройство на носителях памяти, цифробуквенный индикатор и устройство сравнения.
Недостатком данного устройства является сложность аппаратурного оформления, высокая стоимость и невозможность определения селективности поглотительной способности абсорбентов по отношению к сероводороду и диоксиду углерода.
Задачей полезной модели является создание лабораторной установки по определению селективности поглотительной способности абсорбентов, обладающей низкой себестоимостью, простотой аппаратурного оформления и высокой оперативностью.
Техническим результатом является повышение точности и скорости определения коэффициента селективности абсорбентов.
Технический результат достигается тем, что лабораторная установка по определению селективности поглотительной способности абсорбентов включает питающую емкость для сероводорода, питающую емкость для диоксида углерода, реакционную ячейку, магнитную мешалку, механический регулятор давления для сероводорода, механический регулятор давления для диоксида углерода, баллон для хранения сероводорода, баллон для хранения диоксида углерода, два образцовых манометра, термостат, нагреватель, терморегулятор, стеклянный термометр, редуктор для снижения давления диоксида углерода и вспомогательное оборудование.
Применение в установке по определению селективности поглотительной способности абсорбентов двух отдельных питающих емкостей для сероводорода и диоксида углерода позволяет объединить измерительное оборудование в один блок, не прибегая к строительству двух отдельных лабораторных установок для проведения измерений по каждому газу. Магнитная мешалка снижает влияние диффузии и теплового эффекта реакции на абсорбцию сероводорода и диоксида углерода, что позволяет сопоставлять результаты измерения коэффициента селективности, полученные для абсорбентов, сильно отличающихся по вязкости. Механические регуляторы давления для сероводорода и диоксида углерода обеспечивают проведение процесса абсорбции при постоянном давлении, размещение питающих емкостей для сероводорода и диоксида углерода, реакционной ячейки, магнитной мешалки в термостате, температура в котором поддерживается нагревателем, работающим совместно с терморегулятором, а также контроль температуры стеклянным термометром обеспечивают проведение измерений при постоянной температуре, что позволяет получать данные по поглотительной способности сероводорода и диоксида углерода при одних и тех же значениях давления и температуры, что способствует получению надежных данных по коэффициентам селективности. Вспомогательное оборудование обеспечивает вакуумирование питающих емкостей и реакционной ячейки, что устраняет влияние атмосферного воздуха на абсорбционную способность поглотителей и позволяет получать более точные значения коэффициента селективности.
На фиг.1 изображена лабораторная установка по определению селективности поглотительной способности абсорбентов. Установка содержит питающую емкость 1 для сероводорода и питающую емкость 2 для диоксида углерода, реакционную ячейку 3, магнитную мешалку 4, механический регулятор давления 5 для сероводорода и механический регулятор давления 6 для диоксида углерода, баллон 7 для хранения сероводорода и баллон 8 для хранения диоксида углерода, образцовые манометры 9 и 10 (класс точности 0,4), термостат 11, нагреватель 12, терморегулятор 13, стеклянный термометр 14, редуктор 15 для снижения давления диоксида углерода, вспомогательное оборудование,
Установка работает следующим образом. На первом этапе измерений вакуумируют питающую емкость 1 для сероводорода и закачивают сероводород из баллона 7 для хранения сероводорода. Затем в реакционную ячейку 3 загружают пробу исследуемого абсорбента и вакуумируют. Включают магнитную мешалку 4. На механическом регуляторе давления 5 для сероводорода устанавливают заданное давление процесса. Перед началом измерений питающую емкость 1 для сероводорода, реакционную ячейку 3 и магнитную мешалку 4 выдерживают в термостате 11 до достижения заданной температуры, которая поддерживается нагревателем 12 с помощью терморегулятора 13 и контролируется стеклянным термометром 14. Затем с помощью вспомогательного оборудования сообщают питающую емкость 1 для сероводорода и реакционную ячейку 3, в результате чего происходит падение давления в питающей емкости 1 для сероводорода. Значение давления фиксируют по образцовому манометру 9 и начинают отсчет времени. Замеры давления в питающей емкости 1 для сероводорода производят через каждые 60 секунд в течение 15 минут. Затем измерения прекращают, с помощью вспомогательного оборудования разобщают питающую емкость 1 для сероводорода и реакционную ячейку 3, а оставшийся сероводород направляют в систему сброса газов.
На втором этапе измерений вакуумируют питающую емкость 2 для диоксида углерода и закачивают диоксид углерода из баллона 8 для хранения диоксида углерода через редуктор 15 для снижения давления диоксида углерода. Затем в реакционную ячейку 3 загружают пробу исследуемого абсорбента и вакуумируют. Включают магнитную мешалку 4. На механическом регуляторе давления 6 для диоксида углерода устанавливают заданное давление процесса. Перед началом измерений питающую емкость 2 для диоксида углерода, реакционную ячейку 3 и магнитную мешалку 4 выдерживают в термостате 11 до достижения заданной температуры, которая поддерживается нагревателем 12 с помощью терморегулятора 13 и контролируется стеклянным термометром 14. Затем с помощью вспомогательного оборудования сообщают питающую емкость 2 для диоксида углерода и реакционную ячейку 3, в результате чего происходит падение давления в питающей емкости 2 для диоксида углерода. Значение давления фиксируют по образцовому манометру 10 и начинают отсчет времени. Замеры давления в питающей емкости 2 для диоксида углерода производят через каждые 60 секунд в течение 15 минут. Затем измерения прекращают, с помощью вспомогательного оборудования разобщают питающую емкость 2 для диоксида углерода и реакционную ячейку 3, а оставшийся диоксид углерода направляют в систему сброса газов.
Количество поглощенного сероводорода или диоксида углерода в зависимости от времени определяется по показаниям образцовых манометров, установленных на питающих емкостях с исследуемыми газами. Выражение для расчета количества поглощенного газа основано на использовании уравнения Клапейрона-Менделеева и имеет вид:
где n(τ) - количество молей газа, поглощенного к моменту времени τ;
V - объем питающей емкости, м3;
R - универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль•К);
Т - температура в реакционной ячейке, К;
Н
P - значение давления в начальный момент контактирования газа и жидкости. Па;
τ
P: - значение давления в произвольный момент контактирования газа и жидкости. Па;
Н
Z - коэффициент сжимаемости газа, рассчитанный по уравнению Ли-Кеслера для начального момента контактирования газа и жидкости;
τ
Z - коэффициент сжимаемости газа, рассчитанный по уравнению Ли-Кеслера для произвольного момента контактирования газа и жидкости. Коэффициент селективности определяют по формуле:
s
где n - количество молей сероводорода, поглощаемое к моменту времени τ;
c
n - количество молей диоксида углерода, поглощаемое к моменту времени τ.
После обработки экспериментальных данных по уравнениям (1) и (2), получают кривые зависимости коэффициента селективности во времени.
Предлагаемая лабораторная установка по определению селективности поглотительной способности абсорбентов позволяет значительно сократить затраты времени и материалов для исследования селективной способности абсорбентов, изучать поведение различных абсорбентов, получать надежные данные при простоте, малых габаритах и малой массе аппаратуры.