УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА СОДЕРЖАНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В ВОЗДУХЕ Российский патент 2009 года по МПК G01N31/22 

Изобретение относится к устройствам для определения небольших количеств вещества с использованием химических индикаторов. Оно может быть использовано в лабораторной и промышленной практике при экспресс-анализе содержания в воздухе летучих веществ, в частности определения газа после очистки воздуха, загрязненного органическими растворителями типа ацетона, толуола, ксилола, бензола и т.д.

Известно устройство [1] (а.с. №1174852, МПК G01N 31/22, 24.10.83) для анализа газа с помощью химических индикаторов. Устройство имеет корпус, который выполнен с прорезью в нем для ввода пластины с химическим индикатором (например, силикагелем) в виде отдельных таблеток, расположенных в отдельных ячейках, ограниченных прозрачной пленкой. Корпус выполнен с двумя отверстиями, перпендикулярными к прорези. В отверстии установлен подвижный стакан с перфорированным дном. В отверстии размещена неподвижная решетка. На дне станка и на решетке выполнены зубья, направленные навстречу друг другу. В стакане и под решеткой размещены вкладыши из пористого материала. Корпус оснащен ручкой. В прорези корпуса на упругой прокладке установлена пластина. Подвижный станок может быть зафиксирован в 2-х положениях подпружиненным шариковым фиксатором. К станку прикреплен переходник, соединенный с трубкой, имеющий мундштук на конце. В отверстии корпуса под решеткой и вкладышем размещен свисток. В корпусе выполнен паз, в котором подвижно установлен подпружиненный направляющий элемент, являющийся одновременно и экраном.

Устройство усложнено элементами и их взаимосвязью. Исследуемый воздух после прохождения внутри корпуса через индикатор выводится наружу, что недопустимо при анализе токсичных и высокотоксичных газов (ацетона, толуола, ксилола и т.д.).

Известно устройство (а.с. №1285367, МПК G01N 31/22, 16.12.82) [2] для определения вредных веществ в воздухе и в других газообразных средах. Устройство - трубка содержит корпус из стекла, фиксирующие прокладки из воздухонепроницаемого материала и наполнитель. Фиксирующие прокладки выполнены в форме правильных многогранников. Через трубку прогоняют определенный объем воздуха, который проходит через зазоры, образуемые гранями фиксирующих прокладок и стенкой трубки. За счет этого воздух разбивается на ряд мелких потоков. В трубке происходит химическая реакция между исследуемым веществом в виде газа и реактивом наполнителя с образованием окрашенного продукта. Концентрация исследуемого вещества в воздухе пропорциональна длине окрашенного слоя.

Устройство исследует малый объем воздуха, проходящий через индикатор. С большим объемом воздуха устройство не справится, так как конструктивно не рассчитано. Дискретный характер исследования снижает достоверность полученных результатов, так как процесс исследования с летучими компонентами предполагает непрерывность забора воздуха в течение длительного времени и захват большего объема воздуха в единицу времени, чем в известном.

В качестве прототипа выбрано устройство наиболее близкое к заявляемому устройству по технической сущности и положительному эффекту [3] (а.с. №1605191, МПК G01 №31/22, 16.04.86 г.).

Устройство включает стеклянный цилиндр и установленные внутри цилиндра верхнюю и нижнюю газопроницаемые перегородки с диаметром, равным внутреннему диаметру цилиндра, и размещенные между перегородками зерна сорбента. Устройство снабжено стеклянным фиксирующим кольцом, укрепленным над верхней перегородкой с помощью кольцевого выступа, выполненного на стенке цилиндра. Газопроницаемые перегородки выполнены из пластмассы с параллельными прорезями, имеющими ширину меньше диаметра зерен сорбента.

Устройство имеет ограничение по использованию: анализ вредных примесей возможен только в малых объемах, в открытых системах контроля. В закрытых системах оно создает большое гидравлическое сопротивление при использовании в гидрофильтрах. Оно рассчитано на химическую реакцию сорбента, находящегося в виде покрытия на носителе - стеклянных гранулах. Поэтому результат анализа получают не в процессе реакции, а после того как извлекут сорбент из стеклянного корпуса (после элюирования его) одним из химических способов (например, фотометрическим). Сборка устройства предполагает использование высокой температуры (температура плавления стекла - 1200-1500°С). Такое устройство предполагает, что должен быть использован индикатор - сорбент огнестойкий, что усложняет его применение при экспресс-анализе после очистки воздуха от органических растворителей в гидрофильтре на выходе воздуха - в отводном канале.

Задачей изобретения является визуализация состояния очищенного воздуха, возможность экспресс-анализа наличия остатков органического растворителя на выходе очистного сооружения (гидрофильтра).

Технический результат достигается тем, что как и в известном устройстве, включающем полый корпус, газопроницаемые перегородки, сорбент, размещенный между газопроницаемыми перегородками, согласно изобретению оно имеет корпус-каркас металлический, выполненный в виде полуцилиндра и прозрачный мерный бункер конической формы с плоским щелевидным основанием, бункер и основание бункера выполнены съемными, газопроницаемые перегородки закреплены в корпусе-каркасе с образованием боковой и торцевых стенок полуцилиндра, сорбент выполнен в виде блока из пенопласта.

Сопоставление с прототипом показало, что заявляемое изобретение отличается элементами, их взаимосвязью и взаиморасположением. Корпус выполнен в виде каркаса из металла, что позволяет иметь значительно меньшее сопротивление продвижению исследуемого воздуха по каналу отвода из гидрофильтра (не показан) после его очистки и уменьшает материалоемкость его. Корпус выполнен металлическим, так как металл теплоотводящий материал и так как это наиболее технологичный материал по формообразованию.

Устройство позволяет осуществлять экспресс-анализ наличия остатков органических растворителей после очистки загрязненного ими воздуха в гидрофильтре, не доставая сорбент из корпуса. Для этого в каркасе корпуса закреплены газопроницаемые перегородки в виде боковой и торцевых стенок корпуса по периметру каркаса, что улучшает качество анализа загрязнений, усиливая пропускную способность воздуха к сорбенту. А наличие бункера конусообразной формы позволяет повысить точность количественного анализа при исследовании после визуализации состояния органического растворителя в сорбенте. Бункер выполнен прозрачным для возможности непрерывного контроля, и мерным - для возможности количественного подсчета.

Съемный бункер позволяет размещать его на верхней поверхности корпуса отводного канала воздуховода в гидрофильтре для оперативности визуализации процесса и повышения степени реагирования на завершающей стадии очистки. На основании наблюдения за реакцией сорбента в цепочке устройств, установленных в отводном канале гидрофильтра, оперативно реагировать на режим очистки. Съемным плоское щелевидное основание конуса бункера выполнено для возможности быстрой очистки остатков растворенного сорбента, для очередной установки сорбента в корпусе в виде блока. Бункер выполнен съемным для упрощения операции

сборка-разборка устройства и быстроты замены загрязненного бункера сорбентом на чистый. Сорбент использован, в отличие от прототипа, без носителя в виде блока из закрытоячеистого полимера - пенопласта, позволяющего мгновенно реагировать на присутствие органического растворителя типа ароматических углеводородов (толуола, ксилоса, бензола и т.д. и кетонов - типа ацетона). За счет того что пенопласт типа пенополиуретана растворяется в органических растворителях, блок сорбента в зависимости от концентрации загрязнений: меняет свою форму при нормах загрязнений в пределах допустимого; растворяется частично и растворимая часть уходит в бункер; растворяется полностью и весь сорбент попадает в виде концентрированного раствора в бункер, что доказывает присутствие загрязнений на завершающей стадии очистки выше нормы и сигнализирует о неудовлетворительном проведении очистки в гидрофильтре.

Заявленное изобретение обладает новизной, является техническим решением и промышленно применимо. Устройство прошло испытания в лабораторных условиях и показало высокий процент очистки воздуха и воды. При сравнении с другими устройствами того же назначения {4}, {5}, {6}, (а.с. №877425, а.с. №723739, а.с. №1386891, МПК G01N 31/22, от 07.01.80 г., от 16.09.76 г. и от 26.09.85 г. соответственно) видно, что известные устройства не позволяют использовать их для анализа загрязнений органических растворителей при непрерывном процессе очистки и больших объемах. Следовательно, они не решают поставленной заявляемым изобретением задачи в полной мере.

На фиг.1 схематично показан общий вид устройства, в разрезе.

На фиг.2 схематично показан корпус-каркас с газопроницаемыми стенками-перегородками, в аксонометрии.

На фиг.3 схематично показан бункер, в аксонометрии.

На фиг.4 схематично показано S-образное размещение устройств в отводном канале гидрофильтра, в разрезе.

Устройство содержит корпус-каркас (1) из металла, газопроницаемые стенки-перегородки (2) в корпусе, зажим (3) для вставки бункера под корпус, прозрачный бункер (4) с мерными делениями на нем (5) и щелевидным основанием конуса (6), блок (7) из закрытоячеистого полимера - пенопласта, растворимого в исследуемом органическом растворителе.

Устройство работает следующим образом. Корпус-каркас (1) (фиг.1), газопроницаемые перегородки-стенки (2) (боковая и торцевые), закрепленные в каркасе, зажимы (3) (фиг.2) для удержания бункера (4) (фиг.3) размещены по схеме (фиг.4) в отводном канале 8 гидрофильтра по отношению друг друга S-образно. Бункер (4) после установки блока (7) пенопласта на щелевидном основании закрепляют под корпусом (1) замком (3) через отверстие в отводном канале (не показано). Бункер размещен на внешней стороне отводного канала и доступен до визуального наблюдения в процессе очистки воздуха в гидрофильтре. В процессе очистки воздуха от загрязнений в виде органических растворителей завершающей стадией очистки является вывод очищенного воздуха по каналу отвода (8) из гидрофильтра во внешнюю среду. Заявляемое устройство пропускает через газопроницаемые стенки воздух и, если он не содержит остатков загрязнений (органического растворителя), блок из закрытоячеистого полимера - пенопласта, который растворим в исследуемом загрязнении, остается неразрешенным. Бункер (4) останется чистым (фиг.3). В случае, если загрязнения окажутся в небольшом количестве и изменят поверхностный слой блока (7) из пенопласта, то в бункере появится малый объем растворенного блока. В случае значительного количества загрязнений блок (7) мгновенно растворится весь и через щели в основании (6) бункера полностью поступит в коническую мерную (5) часть его. В случае когда в схеме (фиг.4) S-образного расположения устройств один или два первых устройства показали, что загрязнения есть, а остальные - нет, значит первый блок из пенопласта растворился, полностью удержав в себе остатки загрязнений. Отсоединив бункер от корпуса-каркаса, герметизируют их для консервации или дальнейшей переработки растворителей. Вместо извлеченных бункеров вставляют новые с другим блоком из пенопласта, так как процесс очистки идет непрерывно. Такой экспресс-анализ удобен тем, что устройство визуализирует состояние загрязненности воздуха. По степени загрязненности можно отрегулировать сам процесс очистки в гидрофильтре. Это особенно важно при непрерывном процессе очистки или при очистке, занимающей продолжительное время, и при больших объемах воздуха. Устройство позволяет провести количественный анализ по сравнительной картине изменения состояния блока сорбента с заданной концентрацией растворителя (с учетом времени растворения).

Каркас корпуса выполнен из стали 45Х, газопроницаемые перегородки - из стали 45 или 65Г. Бункер выполнен из прозрачного полимера марки М - А (ТУ 6-01-1198-79), М - Т (ТУ 6-01-1198-79) или СТ - 1 (ТУ 6-01-1220-79). В качестве сорбента использован пенопласт типа ППУ-209-1 (ТУ 6-05-381-76).

В таблице представлены сравнительные данные по использованию устройства заявленного и прототипа.

Заявленное изобретение имеет по сравнению с прототипом следующие преимущества:

- устройство позволяет получить оперативно-качественную картину состояния очищаемого воздуха,

- оно позволяет визуализировать степень загрязненности воздуха органическими растворителями,

- оно позволяет оперативно произвести количественную оценку загрязненности, не извлекая из устройства сорбент,

- устройство позволяет использовать в качестве сорбента отходы производства пенополимеров, что значительно удешевляет анализ степени загрязненности очищенного воздуха,

- оно способно работать непрерывно со значительно большей пропускной способностью исследуемого воздуха через сорбент,

- оно помогает оперативно повлиять на изменение режима очистки в сторону оптимизации технологического процесса,

- оно проще в изготовлении и точнее в эксплуатации,

- оно обладает значительно большей ремонтопригодностью,

- в качестве объекта исследования берутся органические растворители, которые удается не только обнаружить качественно и количественно в очищенном воздухе, но и нейтрализовать их индикатором - сорбентом (пенопластом, растворяющимся в этом растворе), не допустив выхода наружу из гидрофильтра.

№ п/п 1 2 Устройство Известное (прототип) [3] Заявляемое Визуализация Через стеклянный корпус без качественной и количественной оценки степени загрязненности Фиксацией степени заполненности бункера через прозрачный корпус Местонахождение сорбента в момент сорбции Полностью в исследуемом объеме устройства В верхней части - если загрязнений нет. В бункере - если загрязнения есть Пропускная способность устройства м³/ч 1500 30000 Возможность получения качественной оценки степени загрязненности Только после извлечения сорбента с загрязнениями в нем из корпуса устройства. Сам анализ загрязнений занимает продолжительное время (12-15 ч) и зависит от типа загрязнений В течение всего периода исследования. Качественная оценка по степени заполненности бункера сорбентом. Количественная - по количеству сорбента в бункере «мгновенно через 5 мин» соответственно Возможность и степень удержания загрязнений сорбентом Загрязнения задерживаются тонким слоем сорбента на носителе, что снижает степень сорбции. Степень удержания в сорбенте, особенно легкоиспаряющихся газов, невелика Загрязнения растворяют сорбент, удерживаются в сорбенте, так как образуется гомогенная гелеобразная масса полимера в растворителе (без расслоения)

Источники информации

1. А.с. №1174852, МПК GO №31/22, от 24.10.83 г. (аналог).

2. А.с. №1285367, МПК G01 №31/22, от 16.04.86 г. (аналог)

3. А.с. №1605191, MПК G01 №31/22, от 16.04.86 г. (прототип)

4. А.с. №877425, МПК G01 №31/22, от 07/01/80 г.

5. А.с. №1386891, МПК G01 №31/22, от 16.09.76 г.

6. А.с. №723739, МПК G01 №31/22, от 26.09.85 г.

Изобретение относится к определению небольших количеств вещества с использованием химических индикаторов. Устройство включает полый корпус, газопроницаемые перегородки, сорбент, размещенный между газопроницаемыми перегородками, причем оно имеет корпус-каркас металлический, выполненный в виде полуцилиндра, и прозрачный мерный бункер конической формы с плоским щелевидным основанием, бункер и основание бункера выполнены съемными, газопроницаемые перегородки закреплены в корпусе-каркасе с образованием боковой и торцевых стенок полуцилиндра, сорбент выполнен в виде блока из пенопласта. Достигается упрощение и ускорение анализа. 4 ил., 1 табл.

Устройство для анализа газа в воздухе, включающее полый корпус, газопроницаемые перегородки, сорбент, размещенный между газопроницаемыми перегородками, отличающееся тем, что оно имеет корпус-каркас металлический, выполненный в виде полуцилиндра, и прозрачный мерный бункер конической формы с плоским щелевидным основанием, бункер и основание бункера выполнены съемными, газопроницаемые перегородки закреплены в корпусе-каркасе с образованием боковой и торцевых стенок полуцилиндра, сорбент выполнен в виде блока из пенопласта.