КОМБИНИРОВАННЫЙ КАПИЛЛЯРНЫЙ ДОЗАТОР ПАРОГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

Полезная модель относится к области анализа материалов путем определения их химических и физических свойств, конкретно к получению или подготовке образцов для исследования путем их разбавления, распыления или смешения.
Известны дозаторы потока смеси пары вещества - воздух для создания паровоздушной смеси с заданной концентрацией, содержащий камеру испарителя для диффузии молекул с поверхности раздела жидкое вещество-пар в воздушный поток и штуцер для подсоединения к воздушному потоку. Например, «Дозатор потока смеси пары вещество-воздух для создания паровоздушной смеси с заданной концентрацией» по патенту РФ на изобретение №2219517, МПК G01N 1/22, G01N 5/04, G01N 7/12, B01D 53/22, 2003 г.
Предложенный дозатор состоит из камеры испарителя для испарения веществ с высокой летучестью или камеры с увеличенным внутренним диаметром для испарения веществ с низкой летучестью, навинчивающейся на камеру крышки с каналом для ввода паров вещества и двух штуцеров для подсоединения к воздушному потоку. Все детали дозатора выполнены из легкого, механически прочного материала, дюралюминия. Малая масса самого дозатора предполагает возможность гравиметрического контроля дозируемого вещества в единицу времени по убыли массы дозатора с веществом.
x
Для создания паровоздушной смеси малолетучего вещества используют для увеличения площади поверхности испарения жидкого вещества камеру испарителя с увеличенным внутренним диаметром. Так камеры испарителя дозатора, используемые для дозирования веществ широкого спектра летучести, имеют разный внутренний диаметр, например, 10 мм для веществ, отличающихся высокой летучестью (зарин, зоман, люизит, иприт), 14 мм для веществ с низкой летучестью (V).
Для герметизации штуцеров заглушками, например, при взвешивании дозатора, используется резьбовое соединение. Перед началом работы в камеру испарителя дозатора заливается вещество, дозатор герметизируется с помощью прокладки из фторопласта, на штуцеры навинчиваются заглушки. Далее производится начальное взвешивание дозатора с веществом.
Затем дозатор устанавливается в воздушном термостате. После удаления заглушек со штуцеров входной штуцер подсоединяется к побудителю расхода воздуха, а выходной штуцер - к камере или трубопроводу для создания паровоздушной смеси.
Для контроля количества дозируемого вещества в единицу времени гравиметрическим методом через фиксируемый промежуток времени производится повторное взвешивание вещества.
Дозатор отсоединяется от воздушного потока, а штуцеры герметизируются.
После оценки убыли вещества возможен как визуальный, так и аналитический контроль изменения состояния вещества в дозаторе, что особенно важно для легкогидролизующихся веществ или веществ, имеющих сложный состав.
Недостатком конструкции таких дозаторов является невозможность оперативной качественной и количественной оценки свойств паровоздушной смеси. Это объясняется тем, что гравиметрический метод предусматривает начальное взвешивание дозатора с веществом на аналитических весах с точностью до десятых долей миллиграмма, а затем производится повторное контрольное взвешивание вещества. Таким образом, контролировать изменение свойств вещества и количество дозируемого вещества в процессе дозирования не представляется возможным. Для такого контроля требуется длительное время, включающее время непосредственного получения паровоздушной смеси и время на осаждение ее со стенок испарительной камеры перед окончательным взвешиванием.
Данные недостатки устранены в диффузионных дозаторах с прозрачными стенками испарительной камеры. Например, дозатор, выполненный из стекла (Е.А.Перегуд, Д.О.Горелик "Инструментальные методы контроля загрязнения атмосферы". Л.: Химия, 1981, с.297). В нем пары жидкости диффундируют через тонкий капилляр в корпус дозатора и смешиваются с потоком чистого воздуха. При несомненных достоинствах данное дозирующее устройство отличается рядом недостатков: хрупкость стеклянной конструкции, т.к. она выполнена из стекла как единое целое; малая концентрация создаваемой парогазовой смеси и зависимость ее не только от давления насыщенного пара вещества, но и от диаметра используемого капилляра; для каждого из веществ широкого спектра летучести и для каждой создаваемой концентрации необходима индивидуальная конструкция дозатора, удовлетворяющая заданным требованиям, причем определение коэффициентов диффузии для расчета элементов конструкции дозатора связано со значительными трудностями, а также сложность заправки и смены дозирующего вещества.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является «Капиллярный дозатор парогазовых смесей» (патент №2280246, бюллетень №20 от 20.07.06).
В нем решена задача создания стабильных по составу в течение продолжительного времени парогазовых смесей для веществ, обладающих различной летучестью.
Это достигается тем, что камера испарителя с дозируемым веществом выполнена в виде цилиндрической стеклянной виаллы со сменными насадками и капиллярами различного проходного сечения для создания парогазовых смесей с различной летучестью в широком диапазоне концентраций и образует со смесительной камерой разъемное соединение. Однако данный дозатор не может быть использован для получения парогазовых смесей микроконцентраций
веществ особенно для веществ, обладающих высокой летучестью.
Задачей полезной модели является получение стабильных в течение продолжительного времени парогазовых смесей микроконцентраций веществ, обладающих высокой летучестью.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в разработке комбинированного дозатора для создания парогазовых смесей микроконцентраций веществ, обладающих высокой летучестью, с оперативным контролем изменения их физико-химических свойств в процессе дозирования, а также количества дозируемого вещества в единицу времени.
Поставленная задача достигается тем, что дозатор состоит из камеры испарителя, диффузионной камеры и смесительной камеры. При этом в него дополнительно введена проницаемая мембрана, изготовленная из полиэтилена, жестко закрепленная к сменному насадку с капилляром, расположенным в районе горловины стеклянной виаллы с дозируемым веществом и образующий с ней разъемное соединение, а также делящая ее внутренний объем на две камеры: испарительную и диффузионную.
Суть полезной модели поясняется чертежом, где:
1 - камера испарителя;
2 - диффузионная камера;
3 - смесительная камера;
4 - фторопластовая прокладка;
5 - стеклянная виалла;
6 - сменный насадок;
7 - капилляр;
8 - крышка дозатора;
9 - штуцер;
10 - заглушка;
11 - проницаемая мембрана.
Предложенный дозатор состоит из камеры испарителя 1, соединенной резьбовым соединением с диффузионной и смесительной камерами 2, 3. Для обеспечения герметичности резьбового соединения частей дозатора предусмотрена прокладка 4 из фторопласта.
Камера испарителя 1 предназначена для размещения дозируемого вещества таким образом, что ее внутренний объем разделяется на две полости: газовую и жидкостную (дозируемое вещество). Она выполнена в виде цилиндрической стеклянной виаллы 5. Такое выполнение камеры испарителя 1 обладает высокими прочностными характеристиками и позволяет наблюдать за процессами, проходящими в ней, например, за окраской, прозрачностью,
наличием осадка, динамикой процессов и др.
В горловине виаллы 5 устанавливается сменный насадок 6 с проницаемыми мембранами 11 различной толщины и капиллярами 7 различного проходного сечения. Проницаемая мембрана 11 и капилляр 7 жестко фиксируются в насадке 6 и герметизируются. Набор проницаемых мембран 11 и капилляров 7 позволяет создавать парогазовые смеси микроконцентраций веществ, обладающих высокой летучестью.
Диффузионная камера 3 представляет собой сменный насадок 6 с внутренней полой полостью, в нижней части которой установлена проницаемая мембрана 11, а в верхней части по центру установлен капилляр 7.
Смесительная камера 3 представляет собой крышку дозатора 8 с внутренней полой полостью, в которую по центру введен капилляр 7, а по краям установлены два штуцера 9. Один из них предназначен для подачи воздуха от внешнего источника сжатого воздуха, а другой - для отвода паровоздушной смеси. В исходном состоянии для герметизации дозатора в целом предусмотрены заглушки 10 штуцеров.
Работа комбинированного дозатора основана на термодиффузионном методе и заключается в смешении потоков паров целевого компонента (вещества обладающего высокой летучестью) и газа - разбавителя. При этом поток паров целевого компонента на первом этапе определяется скоростью диффузии целевого компонента через проницаемую мембрану и далее задается геометрическими параметрами капилляра 7 в насадке 6, а также температурным режимом работы дозатора.
Скорость диффузии целевого компонента через проницаемую мембрану зависит от марки полиэтилена низкого давления, из которого изготовлена проницаемая мембрана, толщины проницаемой мембраны, а также температурного режима работы дозатора.
Диаметр капилляра 7 определяется из уравнения производительности
и определяется по формуле
где: ρ - массовая концентрация целевого компонента в газовой смеси,
Q - расход газа разбавителя (газовой смеси),
Σ
ρ - массовая концентрация парогазовой смеси,
V - объем парогазовой смеси, заключенной в капилляр 6,
d - диаметр капилляра 6,
l - длина капилляра 6,
k - коэффициент, учитывающий свойства вещества, температуру и длину капилляра 6, т.к. все эксперименты проводятся при постоянном ее значении.
Таким образом, варируя различными типами проницаемых мембран 11 и диаметром капилляра 7 можно изменять производительность дозатора в широком диапазоне значений микроконцентраций веществ, обладающих высокой летучестью.
Комбинированный дозатор парогазовых смесей микроконцентраций веществ, обладающих высокой летучестью, работает следующим образом.
Перед работой необходимо выполнить следующие операции:
- снять заглушки 10 со штуцеров 9 и соединить их с соответствующими магистралями;
- подобрать сменный насадок 6 с проницаемой мембраной 11 и капилляром 7 необходимой производительности;
- заполнить виаллу 5 дозируемым веществом;
- установить сменный насадок 6 с проницаемой мембраной 11 и капилляром 7 в горловину виаллы 5;
- установить фторопластовую прокладку 4 и соединить сменный насадок 6 со смесительной камере 3.
В процессе работы пары дозируемого вещества диффундируют с поверхности жидкости в камере испарителя 1 в воздушное пространство виаллы 5, проникают через проницаемую мембрану 11 и далее через капилляр 7 вводятся в воздушный поток, чем достигается дозирование потока смеси пары - воздух. Количество пара вещества в смеси пар - воздух зависит от летучести вещества и от температурного режима испарения.
Устройство комбинированного дозатора парогазовых смесей позволяет визуально контролировать изменение свойств вещества в процессе дозирования. Количество дозируемого вещества в единицу времени определяется параметрами установленных проницаемой мембраны 11 и капилляра 7, что не требует разборки и последующей сборки дозатора.
Для создания паровоздушной смеси с заданной концентрацией с другими дозируемыми веществами необходимо или подсоединить другую виаллу 5 с этим веществом или залить в имеющейся виалле 5 новое дозируемое вещество, одновременно заменив насадку 6 с требуемыми для этого вещества проницаемой мембраной 11 и капилляром 7.
Преимуществом предлагаемого комбинированного дозатора является возможность создания парогазовых смесей микроконцентраций веществ, обладающих высокой летучестью, с возможностью оперативного и качественного контроля как изменения свойств вещества в процессе дозирования, так и количества дозируемого вещества в единицу.