Способ концентрирования микрокомпонентов газовой смеси

/00 а О 1 ГОСУД АРСТВЕКНЫЙПО ДЕЛАМ ИЗОБ ОМИТЕТ СССРРЕТЕНИЙ ИОТНРЫТИЙ НИЕ ИЗОБРЕТЕН ЬСТ ного во СССР48,СССР965. АНИЯ МИКзаклю- ускании ле колонку с К АВТОРСКОМУ СВИД(71) Московский институт нархозяйства им. Г.В. Плеханова(56) 1. Авторское свидетельсУ 88247, кл. 0 01 Н 31/08, 12; Авторское свидетельствУ 231202, кл. 0 О 1 И 31/08,54)(57)СПОСОБ КОНЦЕНТРОКОМПОНЕНТОВ ГАЗОВОЙ СМЕающийся в непрерывномнализируемого газа чер,801168848 адсорбентом и в периодической десорбции сконцентрированных микрокомпонентов с помощью импульсной тепловойволны, движущейся в направлении движения потока анализируемого газа,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения степени концентрирования трудно сорбируемых веществ, конвективную тепловую волну создают вслое пористого материала, расположенного вокруг колонки, путем пропускания через него вспомогательногоимпульсно нагретого потока газа, направление потока которого совпадаетс направ нием потока анализируемого25 Изобретение относится к способам и устройствам для концентрирования микрокомпонентов газовых смесей с применением адсорбции и конвективной движущей тепловой волны и может быть 5 использовано в системах газового анализа, в,хроматографии.Известен способ для концентрирования и хроматографического анализа микрокомпонентов газовоФ смеси, в 10 котором использован нагреватель, выполненный в виде кольцевой обмотки, надетой на сосуд садсорбентом и механически связанный с приводом.Мелкогранулированный адсорбент 15 размещен в вертикальной металлической трубке, снаружи на трубку надета цилиндрическая электропечь, высота электропечи в несколько раз меньше полной высоты трубки (колонки), Элек тропечь имеет возможность перемещаться сверху вниз с постоянной скоростью, так как она соединена механически с механизмом привода. При работе устройства сквозь колонку пропускают газовую смесь, содержащую концентрируемые микропримеси, а электропечь перемещается сверху вниз, прогревая адсорбент, После того как электропечь дойдет до конца колонки концентрат 30 отводится для последующего использования, а электропечь возвращается в исходную позицию. Длина вертикальной трубки (адсорбционной колонки) равна 30 см 13.35Недостатком способа является сложность исполнения, обусловленная наличием электромеханического привода, подвижных частей прибора, вращающихся контактов, 40Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ концентрирования микрокомпонентов газовой смеси, заключающийся в непрерывном 45 пропускании анализируемого газа через колонку с адсорбентом и в периодической десорбции сконцентрированных микрокомпонентов с помощью импульсной тепловой волны, движущейся 50 в направлении движения анализируемого газа 1. 23Недостатком известного способа является низкая эффективность его использования в случае анализа труд но сорбируемых веществ, которые требуют применения длинных колонок. При большой длине колонки, свыше 1 м, рассеяние тепловой волны приводит к снижению степени концентрированияЦелью изобретения является повышение степени концентрирования трудно сорбируемых веществ на длинных колонках.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу концентрирования микрокомпонентов газовой смеси, заключающемуся в непрерывном пропускании анализируемого газа через колонку с адсорбентом и в периодической десорбции сконцентрированных микрокомпонентов с помощью импульсной тепловой волны, движущейся в направлении движения потока анализируемого газа, конвективную тепловую волну создают в слое пористого материала, расположенного вокруг колонки, путем пропускания через него вспомогательного импульсного нагретого потока газа, направление потока которого совпадает с направлением потока анализируемого газа.Сущность способа заключается в следующем.Колонку заполняют твердым адсорбентом, например цеолитом, помещают в цилиндрический кожух, который заполняют мелкозернистым (пористым) материалом, например алюминиевыми шариками с диаметром 0,5-1,0 мм, Цилиндрический кожух защищают тепловой изоляцией от теплообмена с окРУ- жающей средой, коэффициент теплопередачи не должен превышать 0,4 Вт/(м К).Анализируемую смесь, содержащую концентрируемый компонент, пропускают сквозь колонку в течение 5-6 ч до проскока. Затем в цилиндрический кожух направляют дополнительный поток газа, например воздуха, и в течение первых 2-3 мин подогревают поток на входе в слой алюминиевой насадки до 200-250 С. Нагретый воздух формирует в слое алюминиевых шариков конвективную тепловую волну, которая медленно перемещается в слое под действием тока воздуха и в направлении движения воздуха. Скорость перемещения волны в сотни раэ меньше линейной скорости дополнительного потока газа.Скорость дополнительного потока газа влияет на скорость перемеще1168848 Ч:ЧС 9 /(Сс Ус ) ф Составитель Л, ЖарковаРедактор А. Шандор Техред С.МигуноваКорректор О, Луговая . Заказ 8281 Тираж 896 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ния тепловой волны в соответствии сформулой,где Ч - скорость тепловой волны;6 - скорость газа в слое;г,С - теплоемкость газа и слоямиЯР - плотность газа и слояЧем выше скорость дополнительного потока газа, тем больше скорость тепловой волны. В технике скорость газа принимают в пределах 0,1-1,0 м/с, если речь идет о мелкозернистых насыпных слоях до 1-2 м высотой.Скорость дополнительного потока газа не только определяет динамику процесса, но и сказывается на диссипации тепловой волны: чем выше скорость газа в слое, тем выше коэффициент теплоотдачи от газа к слою, но ниже приведенная длина слоя У, и тем быстрее затухает тепловая волна.П р и м е р. Режим У 1-скорость газа 0,4 м/с, начальная температураослоя 20 С, максимальная температурафна входе 220 С, относительная длительность нагрева дополнительного потока газа 0,1, приведенная длина слоя 450, максимальная температураона выходе 109 С, время выхода максимальной температуры 720 с. Режим У 2-скорость газа 0,8 м/с,о начальная температура слоя 20 С, маке симальная температура на входе 220 С, относительная длительность нагрева 0,1, приведенная длина слоя 400, максимальная температура на выходе104 С, время выхода максимальной температуры 360 с5 Движение тепловой волны в слоевдоль колонки с адсорбентом приводит к поступательному прогреву ееи к десорбции адсорбированных компонентов. Внешнее движущееся тепловоеполе с отрицательным градиентом температур в переднем фронте обусловливает концентрирование микрокомпонентов в адсорбенте до тех пор, покавозросшая концентрация не выйдет эапределы области Генри (линейногоучастка изотермы Адсорбции), Приэтом теоретическая степень концентрирования составляет 1 О -О и она3может быть тем больше, чем ниже начальная концентрация и чем длинееколонка. При прочих равных условияхстепень концентрирования прямо пропорциональна длине колонки.Таким образом, в предлагаемом Способе внешнее температурное полевдоль колонки создают с помощью конвективной тепловой волны, распространяющейся в насыпной насадке, окружающей колонку, под действием тока 30 газа.В предлагаемом способе длина колонки может быть выбрана во многораз больше, чем при реализации известного способа, и она может бытьсвернута в спираль. Благодаря этомудостигается повышение степени концентрирования.