СИГНАЛИЗАТОР ПАРОВ ЩЕЛОЧИ Российский патент 2013 года по МПК G01N27/00 

Изобретение - сигнализатор паров щелочи относится к измерительной технике в области газового анализа вредных паров щелочи. Сигнализатор может быть использован для измерения концентрации паров и сигнализации о содержании паров в рабочей зоне при химической обработке (травлении) металлоизделий при повышенных температурах раствора травления.

Известен прибор "Экотест-2000" - иономер жидкостной на 16 ионов, в том числе концентрации иона натрия, калия, кальция. Недостаток - измеряет в растворе, в котором происходит определение концентрации иона натрия, калия, кальция, а не газовоздушной смеси, а не паров щелочи. Диапазон измерения 10^-4-10^-1 моль/дм³; pH>8; t_среды 45-80°C [1].

Устройство "Экотест-2000" содержит корпус, платформу держатель электродов, шлангов, реакционный сосуд, в который налит раствор, в т.ч. раствор щелочи, в сосуде размещен селективный электрод на Na⁺⁺, либо K⁺⁺, либо Ca⁺⁺, либо Mg⁺⁺ во внутреннем пространством реакционного сосуда, электрическая связь электрода с устройством обработки и отображение результата измерения. Для обеспечения правильности результатов измерений pH должны быть обеспечены уход и обслуживание электродов, проверка целостности и механических дефектов стеклянной мембраны, в порядке ли эталонный электролит электрода, не загрязнен ли электрод, электрод должен быть промыт, осушен, отведено влияние газа CO², который всегда находится в окружающей среде, сухие ли электрический контакты разъемов электрода и устройства обработки информации. В эксплуатации устройство сложно.

Известны также pH-метры/ионометры "Та-Ион", "Итан" фирмы ООО "НПП "Томьаналит" [2] и анализаторы фирмы "Testo AG", "Testo 205", "Testo 206", "Testo 230","Testo 325-350" [3] на растворы.

Известен газоанализатор "ГАНК-4" для контроля вредных веществ в воздухе. Содержит встроенный насос, датчик - оптронно-фотометрический, либо электрохимический, либо твердоэлектролитический.

Анализируемый воздух просасывается с помощью микронасоса через химкассету. Степень потемнения бумажной ленты фиксируется оптическим датчиком, который через устройство управления производит запоминание и хранение информации, индикации на дисплее [4]. Питание прибора от сети переменного тока напряжением 220 В с отклонением в пределах плюс 10 до минус 15% с частотой от 49 до 51 Гц; от аккумулятора напряжение 12 В; температура окружающего воздуха от 5°C до 50°C для модификации переносного или стационарного типа без термостата. При превышении установленного уровня срабатывает звуковая и световая сигнализация.

Недостаток - сложен, громоздок, не точен, не предусматривает измерение паров щелочи.

Известны также другие измерительные приборы: ионный хроматограф "Стаер А" фирмы ЗАО "ЛОИП" [5], "Tea 4000" фирмы "Advanced Word wide Technologies" [6], "MemoSenc" фирмы "РРМ Systems-Knik" [7], "Кондуктометрический детектор НПО "Химавтоматика" [8].

Известно устройство для автоматизированного анализа газообразных сред [9], содержащее многоходовой кран-переключатель, реверсивный насос, реакционную емкость, детектор, отличающееся тем, что к реакционной емкости подключен аспиратор для подачи газообразной пробы через двухходовой кран-переключатель в реакционную емкость с поглотительным раствором, который подается через один из каналов многоходового крана-переключателя с помощью реверсивного насоса, остальные каналы многоходового крана-переключателя являются каналами для подачи реагентов и раствора аналитической формы на детектор.

Устройство, в котором в качестве реакционной емкости используется стеклянная трубка, заполненная гранулами политетрафторэтилена диаметром 2-3 мм.

Устройство, в котором в качестве детектора используется электрохимическая ячейка.

Известен пост пробоотборный [10], содержащий корпусную панель, находящуюся в окружающем воздухе, на которой закреплена система отбора проб токсичных примесей воздуха, включающая пробоотборное устройство, пневматическое соединение с элементом, задающим расход воздуха, и воздушным насосом, отличающееся тем, что воздушный насос выполнен в виде эжектора, нагнетающий патрубок которого соединен с пневматической сетью сжатого воздуха, а всасывающий патрубок - с пробоотборным устройством, при этом эжектор имеет регулируемый дроссель, устанавливающий заданный максимальный расход воздуха через нагнетающий патрубок и соответственно через пробоотборное устройство, а пробоотборное устройство выполнено в виде съемного сменного поглотительного сосуда с твердым сорбентом или поглотительной жидкостью, выбираемых в зависимости от вида токсичных примесей.

Несмотря на наличие широкого спектра ионометров и газоанализаторов - в технической и патентной литературе сигнализатора паров щелочи, а тем более собственно в производственной линии обработки (травления) металла не просматривается.

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы обеспечить сигнализацию количества паров щелочи в атмосфере агрегатов травления производственной линии обработки металла в горячих ваннах при температуре 60-80°C раствора. Конструкция включает пробоотборник - газопровод паров из атмосферы над травильной ванной, прокачку отобранного газового потока через чистый раствор деонизированной воды, растворение паров щелочи, измерение pH в растворе комбинированным измерительным электродом реакционного раствора сосуда, электрическую связь комбинированного измерительного и температурного электродов с устройством обработки информации и отображения результатов измерения ионов, вспомогательных операций, очистку измерительного электрода, промыв его и прокачку и наполнение чистой деонизированной водой реакционной емкости, отвод газов в атмосферу.

Конструкция сигнализатора представлена на рис.1 и содержит:

1. Ванна со щелочью при температуре 70°C - 80°C

2. Пары щелочи в пространстве над ванной

3. Пробоотборник

4. Реакционный сосуд

5. Платформа-держатель электродов, шлангов

6. Электрод комбинированный измерительный

7. Раствор щелочи в реакционном сосуде в приборе

8. Температурный электрод

9. Трубопроводы, шланги

10. Тройник

11. Клапан нормально закрытый

12. Насос

13. Дополнительный сосуд (емкость) с деонизированной водой

14. Связь электрическая комбинированного измерительного и температурного электродов с устройством управления, обработки информации и отображения

15. Второй клапан нормально открытый

16. Эжектор

17. Компрессор либо система сжатого воздуха объекта

18. Трубопроводы, шланги

19. Устройство управления вычислительное и отображения

20. Устройство управления

21. Вычислительное устройство

22. Устройство отображения, звуковая и цифровая индикация

23. Корпус сигнализатора паров щелочи

Сигнализатор работает следующим образом: над раствором щелочи, например NaOH, имеющим температуру до 70-80°C, ванны 1 выделяются пары щелочи 2. В пары щелочи 2 введен газоотбор 3 и по газопроводу и шлангам 9 перекачивают пары 2 в реакционный сосуд 4, в котором периодически по циклу измерения закачен требуемый объем деонизированной воды 7. Пары щелочи 2 растворяются в чистой деонизированной воде 7 и становятся электролитом - раствором щелочи. В этом растворе находятся измерительный комбинированный электрод 6 и температурный электрод 8. Электрод 6, реагирующий на содержание pH ионов Na, K, Ca, Mg, температуру раствора, изменяя электрический потенциал в цепи 14. Электроды 6, 8, шланги 9, подводящий пары 2 и отводящий размещены на платформе-держателе 5, укрепленном в корпусе 23 сигнализатора. Через шланг 9 с помощью компрессора 17, клапана нормально открытого 15, эжектора 16 по трубопроводам - шлангам 18 происходит просасывание паров и выброс остатков атмосферы над ванной травления.

Насос 12 из дополнительной емкости 13, в которой размещена деонизированная вода, последняя через тройник 10 и шланги 18 закачивает определенный объем деонизированной воды в промытый реакционный сосуд 4 при нормально закрытом клапане 11. Программное устройство 20 обеспечивает следующие стадии управления: откачивается раствор деонизированной воды с растворенными газами и сливается, производится последовательная двойная промывка реакционного сосуда 4 и селективного электрода 6 и слив; производится заполнение объема реакционного сосуда деонизированной водой; пропускаются пары щелочи через объем деонизированной воды и отсос выделившихся газов; фиксируется измерение концентрации pH-раствора реакционного сосуда; обрабатывается результат измерения и сравнивается с заданными уровневыми параметрами концентрации щелочи Na, K, Ca, Mg в атмосфере ванны. Насыщенная парами щелочи 2 деонизированная вода становится электролитом и находящиеся в ней измерительный электрод 6 и термоэлектрод 8 по связи 14 изменяют электрические напряжения, которые поступают в блок управления 20 спецустройства 20-21-22, где сигналы преобразуются в уровень концентрации ионов натрия либо калия, либо кальция, либо магния, затем поступают на устройства отображения звуковой 21 сигнализации, индикации цифровой 22.

По окончанию стадии измерения и обработки информации 20-22 поступает сигнал, по которому прекращается прокачка паров через реакционный сосуд 7, а клапан 11 открывается и через него электролит из 7 сливается.

Затем включен насос 12 и закрыт клапан 11 и из емкости 13 в сосуд 4 снова закачивает деонизированная чистая вода, которая промывает сосуд 4, электроды 6 и затем через открытый клапан 11 сливает воду, промывая систему 12-10-4-11. Эта операция повторяется дважды для тщательной обработки системы. После чего цикл полностью повторяется.

В качестве компрессора используется компрессор "Матимэкс" либо система сжатого воздуха объекта; в качестве эжектора использован эжектор "Camozzi VED09" либо эжектор ОАО "Союзцветметавтоматика"; в качестве клапана использован клапан фирмы "Burkert" либо "Tromafluf Nodvol МРС"; в качестве насоса использован насос фирмы "Watson - Marlow" либо "Tromafluf Nodvol AS3311, ST13488"; в качестве реакционного сосуда и дополнительной емкости использованы сосуды из полиэтилена, силилкона либо стекла, в качестве устройства управления, обработки и отображения использовано специализированное устройство ОАО "Союзцветметавтоматика" либо другое удовлетворяющее устройство от "Экотест-2000" фирмы "Эконикс"; в качестве измерительного электрода на щелочь использован электрод комбинированный ЭСК-10603, либо электрод фирмы "Testo".

Предложенное устройство имеет изобретательный уровень, так как разработан новый сигнализатор паров щелочи, который имеет отбор паров из надводного пространства с горячей щелочью и доставку паров в реакционный сосуд; организован цикл измерения ионного потенциала, включая подготовку, заполнение реакционного сосуда, промыв системы; разработано специализированное устройство управления, обработки и отображения результатов измерения, выполнены связи.

Предложенное устройство ново, подобных по известному техническому уровню нет.

Предложенное устройство широко применимо для контроля и сигнализации состояния атмосферы над ваннами травления в производственных процессах.

Литература

1. Каталог фирмы "ЭКОНИКС", 2010 г., "Экотест-2000".

2. Каталог фирмы OOO НПП "Томьаналит", "ТА-Ион", "Итан", 2010 г.

3. Каталог фирмы "TestoAG, Testo-240", 2011 г.

4. Каталог фирмы "TestoAG, Газоанализатор "ГАНК-4", 2009 г.

5. Каталог фирмы ЗАО "ЛОИП", 2008 г. Ионный хроматограф "Стайер А".

6. Каталог фирмы "Advanced Word wide Technologies", "Tea 4000", 2011 г.

7. Каталог фирмы "РРМ System-Knick" MemoSenc, MemoLink, MemoRail, 2011 г.

8. Каталог фирмы НПО "Химавтоматика" "Кондуктометрический детектор", 2011 г.

9. Патент РФ на полезную модель №59248 G01 №1/00 БИ №34, 10.12.06.

10. Патент РФ на полезную модель №34739 G01 №1/02 БИ, 10.12.03.

Сигнализатор может быть использован для измерения концентрации паров щелочи и сигнализации о содержании в рабочей зоне при химической обработке (травлении) металлоизделий при повышенных температурах раствора. Сигнализатор (анализатор) паров щелочи, использующий pH-метрию, содержит корпус, реакционный сосуд, заполненный анализируемым раствором, платформу-держатель электродов; измерительный и электрод температуры, размещенные в анализируемом растворе; устройства управления, обработки и отображения информации результата измерения; электрическую связь выхода измерительного электрода, термоэлектрода с устройством управления, обработки информации, отображения результата измерения, в него введено специализированное устройство управления, обработки и отображения информации о концентрации паров щелочи; введены пробоотборник паров щелочи, отсосанных из пространства над производственной ванной через шланги, второй нормально открытый клапан, компрессор, эжектор; введены насос, тройник, первый нормально закрытый клапан, дополнительная емкость с чистой деионизированной водой, трубопроводы; причем анализируемые пары щелочи периодически пропущены через раствор деионизированной воды в реакционном сосуде; электродом комбинированным измерительным выполнено измерение pH раствора, деионизированная вода сменена на чистую для каждого последующего цикла измерения концентрации паров щелочи. Изобретение обеспечивает возможность сигнализации о содержании и количестве паров щелочи в атмосфере агрегатов травления производственной линии обработки металла в горячих ваннах при температуре 60-80°C раствора 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Сигнализатор (анализатор) паров щелочи, использующий pH-метрию, содержащий корпус, реакционный сосуд, заполненный анализируемым раствором, платформу-держатель электродов; измерительный и электрод температуры, размещенные в анализируемом растворе; устройства управления, обработки и отображения информации результата измерения; электрическую связь выхода измерительного электрода, термоэлектрода с устройством управления, обработки информации, отображения результата измерения, отличающийся тем, что введено специализированное устройство управления, обработки и отображения информации о концентрации паров щелочи; введены пробоотборник паров щелочи, отсосанных из пространства над производственной ванной через шланги, второй нормально открытый клапан, компрессор, эжектор; введены насос, тройник, первый нормально закрытый клапан, дополнительная емкость с чистой деионизированной водой, трубопроводы; причем анализируемые пары щелочи периодически пропущены через раствор деионизированной воды в реакционном сосуде, электродом комбинированным измерительным выполнено измерение pH раствора, деионизированная вода сменена на чистую для каждого последующего цикла измерения концентрации паров щелочи, введены связи блока управления насосом, компрессором, клапанами.

2. Сигнализатор (анализатор) по п.1, отличающийся тем, что специализированное устройство управления выполнено как программное управляющее по времени цикла насосом, клапанами, компрессором; пробоотборник щелочи выполнен как периодический во времени отборник паров щелочи над производственной ванной травления, введена последующая продувка (прокачка) этих паров через слой (объем) деионизированной воды реакционного сосуда, в которой растворяются пары щелочи в цикле измерения, удалены оставшиеся пары воздуха посредством введенных компрессора, эжектора, нормально открытого второго клапана, шлангов; введена затем промывка реакционного пространства сосуда и электродов деионизированной водой из емкости с помощью введенного насоса через тройник и при закрытом втором клапане; последующий сброс (слив) отобранной воды при отключенном насосе через введенный тройник и открытый первый клапан из реакционного сосуда; промыв операции выполнен дважды в цикле, повторно заполнено реакционное пространство сосуда чистой деионизированной водой, введены связи блока управления насосом, компрессором, клапанами, обеспечивающие выполнение программного управления по стадиям цикла измерения.

3. Сигнализатор (анализатор) по п.1, отличающийся тем, что в качестве измерительного электрода использован электрод "ЭСК-10603", либо "Testo 240", либо "ЭКОМ 12845-06".

4. Сигнализатор (анализатор) по п.1, отличающийся тем, что в качестве насоса использован насос фирмы "Watson-Marlow" либо фирмы "Thomafluf Nodvol MPC 120".

5. Сигнализатор (анализатор) по п.1, отличающийся тем, что в качестве клапанов использованы клапаны фирмы "Burker", либо "Thomafluf Nodvol "AS-3311", либо "Thomafluf Nodvol ST-13498".

6. Сигнализатор (анализатор) по п.1, отличающийся тем, что в качестве компрессора использованы заводская линия сжатого воздуха либо компрессор фирмы "МА-ТИМЭКС".

7. Сигнализатор (анализатор) по п.1, отличающийся тем, что в качестве эжектора использованы эжектор фирмы "Camozzi" VED-09 либо эжектор специзготовления ОАО "Союзцветметавтоматика".

8. Сигнализатор (анализатор) по п.1, отличающийся тем, что в качестве специализированного устройства управления, обработки и отображения информации использовано специализированное устройство, выполненное ОАО "Союзцветметавтоматика", либо "Экотест 2000" фирмы "Эконикс", либо аналогичное.

9. Сигнализатор (анализатор) по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала реакционного сосуда pH-метрии использован полиэтилен, либо прозрачный агрессивно-стойкий пластик, либо силикон.