КОНЦЕНТРАТОР МИКРОПРИМЕСЕЙ В АЭРОЗОЛЕ Российский патент 1997 года по МПК G01N21/85 

Изобретение относится к спектральному анализу и предназначено для концентрирования исследуемых веществ в аэрозоле.

Известен концентратор исследуемых микропримесей в аэрозоле, позволяющий концентрировать малонасыщенными солями растворы [1]
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является концентратор микропримесей, содержащий трехсекционную нагревательную камеру, состоящую из первой секции-дробления капель, второй секции-испарения монодисперсных капель и третьей секции-разделения частиц сухого остатка аэрозоля от пара, при этом первая секция снабжена кольцевым карнизом, расположенным в ее нижней части, верхняя часть которого выполнена в виде поверхности вращения, сопряженной с внутренней конической поверхностью впервой секции, а третья секция выполнена в виде циклона, и холодильную камеру, соединенные между собой, подводящий канал для жидкости присоединенный совместно с капилляром-формирователем струи к нагревательной камере с возможностью вращения свободного конца капилляра-формирователя струи и входного конца подводящего канала для жидкости за счет вращателя, подводящий канал для несущего газа, канал для слива конденсированной жидкости, канал для выхода аэрозоля [2]
Недосток известного концентратора относительно длительная очистка секции нагревательной камеры.

Задача изобретения повышение производительности анализа.

Задача решается за счет того, что в известном концентраторе, содержащем трехсекционную нагревательную камеру, первая секция которой снабжена кольцевым карнизом, расположенным в ее нижней части, верхняя часть которого выполнена в виде поверхности вращения, сопряженной с внутренней конической поверхностью первой секции, а третья секция выполнена в виде циклона и холодильную камеру, соединенные между собой, подводящий канал для жидкости, присоединенный совместно с капилляром-формирователем струи к нагревательной камере с возможностью вращения свободного конца капилляра-формирователя струи и входного конца подводящего канала для жидкости за счет вращателя, подводящий канал для несущего газа, канал для слива конденсированной жидкости, канал для выхода аэрозоля, в качестве холодильной камеры использован дополнительный ненагреваемый циклон, с каналом для отвода частиц сухого остатка аэрозоля, соединенного с источником возбуждения спектра, на выходе третьей секции нагреваемой камеры-циклона помещена камера-ловушка коагулированных капель аэрозоля, в верхней части переходящей в канал прокаливания частиц сухого остатка, при этом первая и вторая секции нагревательной камеры выполнены дополнительно с внутренним подогревом, а концы капилляра-формирователя струи и подводящего канала для жидкости выполнены с возможностью вращения вокруг оси капилляра-формирователя.

На чертеже изображен общий вид концентратора.

Концентратор содержит нагревательную камеру, состоящую из первой секции 1 дробления капель, второй секции 2 их испарения и третьей секции 3-циклона, подводящий канал 4 для исследуемой жидкости, жестко смонтированный во вращателе 5 совместно с капилляром 6 формирователем струи 7, свободный конец которого и входной конец подводящего канала 4 выполнены с возможностью вращения таким образом, чтобы истекающая струя была направлена по траектории, параллельной образующей 8 конической поверхности 9 в верхней части первой секции 1 нагревательной камеры. Первая секция 1 имеет нижнюю часть 10 и снабжена кольцевым карнизом 11 на пути струи 7 капель, верхняя часть которого выполнена в виде тороидальной поверхности 12, сопряженной с внутренней конической поверхностью первой секции 1 и ограниченного в верхней части тороидальной поверхностью 12, образующая которой является четвертью окружности, в верхней части сопрягающейся с образующей 8, и касательной кольцевому карнизу 11, a в нижней части ограниченную конической поверхностью 13, являющейся переходной зоной во вторую секцию 2, верхняя часть которой ограничена цилиндрической поверхностью 14, а нижняя часть конической поверхностью 15, переходящей в донной части в цилиндрический канал 16 таким образом, что образующая 17 конической поверхности 15 со стороны циклона 3, сочленяется с образующей 18 цилиндрической поверхности канала 16, который переходит в канал 19 и связан с циклоном 3 тангенциально под острым углом к его оси. Циклон 3 имеет коническую камеру 20, связанную через канал 21 для вывода пара из циклона 3 через пароотводной патрубок 22 с холодильной камерой 23, которая, в свою очередь, через канал 24 сбора коагулированной жидкости после сифона 25 связана с герметизированным сосудом 26, периферийную зону вихревого потока 27 с центральной зоной 28 циклона 3, канал 29 вывода из циклона 3 частиц солевого остатка 30 и невысушенных коагулированных капель, переходит под острым углом к каналу 31 для сбора коагулированных капель в нижней части и который переходит в верхней части в канал 39 для прокаливания частиц 30. На выходе циклона 3 помещена камера-ловушка, содержащая канал 31, связывающий в нижней части сифон 33 с каналом 34 для слива собранной жидкости в герметизированном сосуде 35, а в верхней части с каналом 32 для прокаливания частиц 30. В верхней части канал 32 переходит в канал 36 для ввода прокаливаемых частиц, который связан с дополнительным ненагреваемым циклоном 37, который содержит коническую камеру 38, канал 39 вывода частиц сухого остатка, канал 40 вывода остаточного пара из циклона 37 через пароотводной патрубок 41 из центральной зоны 42 в дополнительную холодильную камеру 43, связанную с каналом 44 для сбора конденсированной жидкости 45 в герметизированном сосуде 46 через сифон 47. Для регулирования несущего газа в концентраторе имеются регуляторы несущего газа 48 и 49. Для нагрева секций 1-3 имеется нагревательный элемент 50. В первой секции 1 нагревательной камеры имеются канал 51 для подачи несущего газа 52 и канал 53 для подачи охлаждающей воды. Для внутреннего подогрева потока аэрозоля аксиально секциям 1 и 2 установлен внутренний нагреватель 54, верхняя часть которого выполнена в виде сферической поверхности, 55, расположенной в верхней части секции 1 вне траектории струима боковая ограничена цилиндрической поверхностью 56, сопрягающейся с конической поверхностью 15 секции 2. Первая 1 и вторая 2 секции нагревательной камеры снабжены нагревательным элементом 57 для внутреннего подогрева аэрозоля.

Концентратор работает следующим образом.

Исследуемую жидкость подают в капилляр 6-формирователь струи 7 под давлением до 0,3 МПа, обеспечивающим истечение струи 7 со скоростью до 10 м/с. Струя жидкости направляется на поверхность 12. В результате взаимодействия капель с поверхностью 12, нагретой до 40 500^oС для водно-кислотных растворов и до 500 600^oС для органических жидкостей, происходит их раздробление с частичным парообразованием. Каждая капля, вступающая в контакт с горячей преградой, под воздействием паров, испаряющихся в зоне контакта, расплющивается в тор и разрывается на отдельные капли. Однократный лобовой удар позволяет реализовать дробление с получением капель менее 30 мкм при скоростях струи выше 3 м/с. При этом тороидальная форма преграды облегчает вывод капель из зоны контакта без образования накипи, вызывающей появление эффекта "памяти". При скоростях струи менее 3 м/с капли не дробятся, сохраняя высокую монодисперсность (с коэффициентом К 2) обеспечиваемую вращающимся капилляром 6 при размерах капель 150 500 мкм в зависимости от скорости вращения капилляра 6 и диаметра истекающей струи 7 жидкости. Под воздействием потока пара, смешанного с несущим газом, подводимым при расходе менее 0,7 л/мин в верхнюю часть секции дробления 1 для защиты капилляра 6 от конденсации наработок монодисперсных капель выносится из секции 1 в секцию 2, где реализуется высыхание основной массы капель в течение времени их вертикального перемещения в атмосфере собственного пара и несущего газа, составляющего по массе 0,03 0,1 массы пара. При этом незначительная часть капель коагулирует в течении их вертикального дрейфа. Полученная смесь паров, газа, твердых частиц, образованных в результате высыхания капель и недосушенных капель, образовавшихся в результате коагуляции, направляется через канал 16 и тангенциальный канал 19 (для облегчения сброса капель), выполненный под острым углом к оси циклона 3, в котором под воздействием центробежных сил реализуется концентрирование частиц солевого остатка 30 в периферийной зоне вихревого потока 27, выносящего их через канал 29 в канал 32, где осуществляется прокаливание высушенных частиц от остатков влаги, а коагулированные капли, не успевшие высохнуть и в основном определяющие возникновение эффекта "памяти", улавливаются в канале 31 камеры-ловушки и через сифон 33 посредством патрубка 34 сбрасываются в герметизированный сосуд 35. При этом из центральной зоны 28-циклона 3 через патрубок 22 удаляется значительно обедненная по содержанию частиц масса пара, величина которого управляется диафрагмированием канала 24 посредством крана регулятора 49, дозирующего долю сбрасываемого несущего газа. Уменьшение массы пара в канале прокаливания 32 на порядок и соответствующее концентрирование частиц сухого остатка в дополнительном циклоне 37 обеспечивает возможность их подачи в дозированном объеме несущего газа, являющегося контролируемой частью дозируемого защитного газа 52, выносящего частицы через канал 39 непосредственно в атомизатор аэрозоля (или источник возбуждения спектра) без применения холодильника, уносящего значительную часть частиц пристеночными пленками жидкости, усиливающего при этом эффект "памяти". В указанных условиях при диаметре 25 мм секционированного наружного нагревателя при длине, не превышающей 300 мм, применимы канальные печи типа СУОЛ мощностью 1 Вт при расходах контролируемой жидкости менее 15 мл. мин. Применение внутреннего нагревателя, повышающего эффективность испарения капель, отсекание коагулированных капель в камере-ловушке от контролируемого потока аэрозоля, снижение объема застойных зон, замена холодильника дополнительным циклоном позволяют снизить время промывки концентратора потоком аэрозоля дистиллированной жидкости с 8 мин до 20 с. без повышения потерь частиц сухого остатка.

Разработанный концентратора применим в качестве приставки к серийно выпускаемым атомно-абсорбционным, эмиссионным или рентгено-флуоресцетным спектроанализаторам.

Источники информации.

1. Авторское свидетельство СССР N 1663486, кл. G 01 N 1/28,1991.

2. Авторское свидетельство СССР N 1730557, кл. G 01 N 1/28, 1992.

Использование: спектральный анализ, в частности концентрирование исследуемых веществ в аэрозоле. Сущность изобретения: концентратор содержит трехсекционную нагревательную камеру, состоящую из первой секции 1 дробления капель, второй секции 2 их испарения и третьей секции 3 - циклона, при этом первая секция снабжена кольцевым карнизом 11, расположенным в ее нижней части 10, верхняя часть которого выполнена в виде тороидальной поверхности вращения, сопряженной с внутренней конической поверхностью 9 первой секции 1, и холодильную камеру 23, подводящий канал для жидкости 24, присоединенный, совместно с капилляром 6 - формирователем струи, к нагревательной камере, с возможностью вращения свободного конца капилляра 6 - формирователя струи и входного конца подводящего канала 4 для жидкости за счет вращателя 5, подводящий канал для несущего газа 51, канал 34 для слива конденсированной жидкости, канал 44 для выхода аэрозоля. В качестве холодильной камеры использован дополнительный нагревательный циклон с каналом 39 для отвода частиц сухого остатка аэрозоля, соединенного с источником возбуждения спектра, на выходе третьей секции 3 нагреваемой камеры - циклона помещена камера-ловушка коагулированных капель аэрозоля, в верхней части переходящая в канал 32 для прокаливания частиц сухого остатка, к при этом первая 1 и вторая 2 секции нагревательной камеры выполнены дополнительно с внутренним подогревом, а концы капилляра 6 формирователя струи и подводящего канала 4 для жидкости - с возможностью вращения вокруг оси капилляра 6, при этой верхняя часть кольцевого карниза 11 выполнена в виде тороидальной поверхности 12. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Концентратор микропримесей в аэрозоле, содержащий трехсекционную нагревательную камеру, первая секция которой снабжена кольцевым карнизом, расположенным в ее нижней части, верхняя часть которого выполнена в виде поверхности вращения, сопряженной с внутренней конической поверхностью первой секции, а третья секция выполнена в виде циклона, и холодильную камеру, соединенные между собой, подводящий канал для жидкости, присоединенный совместно с капилляром-формирователем струи к нагревательной камере с возможностью вращения свободного конца капилляра-формирователя струи и входного конца подводящего канала для жидкости за счет вращателя, подводящий канал для несущего газа, канал для слива конденсированной жидкости, канал для выхода аэрозоля, отличающийся тем, что в качестве холодильной камеры использован дополнительный ненагреваемый циклон с каналом для отвода частиц сухого остатка аэрозоля, соединенного с источником возбуждения спектра, а на выходе третьей секции нагревательной камеры циклона помещена камера-ловушка коагулированных капель аэрозоля, в верхней части переходящая в канал прокаливаемых частиц сухого остатка, при этом первая и вторая секции нагревательной камеры выполнены дополнительно с внутренним подогревом, а концы капилляра формирователя струи и подводящего канала для жидкости выполнены с возможностью вращения вокруг оси капилляра-формирователя. 2. Концентратор по п.1, отличающийся тем, что верхняя часть кольцевого карниза выполнена в виде тороидальной поверхности.