Хромадистилляционный способ анализа жидких смесей Советский патент 1983 года по МПК G01N31/08 

Изобретение относится к физикохимическим способам разделения и анализа жидких смесей, точнее к , хромадистилляционному способу анализа, и может быть использовано в (химической, нефтехимической промышленностях и других областях народного хозяйства.

Известен хромадистилляционный способ разделения и анализа жидких смесей, основанный на осуществлении процессов испарения и конденсации жидкой смеси с использованием ограничителя СЧ

Однако для качественного и количественного определения состава смеси необходимо наличие детектирующих устройств, причем для решения конкретных аналитических задач требуется определенный тип детектора, обладакЛдего селективной чувствительностью. Это ограничивает использозание способа.

Наиболее близким к изобретению является хромадистилляционный способ анализа жидких смесей, включающий непрерывное пропускание потока газа-носителя через колонку, заполненную частицами инертного наполнителя, периодический ввод в него дозированного количества анализируемой смеси и измерение изменения веса колонки в ходе разделения. В данном способе для разделения компонентов используются как термический вариант хромадистилляции, при котором на колонку накладываатся температурное поле с отрицательным градиентом для облегчения конденсации пара на переднем фронте полосы при ее движении по слою, так и ограничительный вариант, когда на колонку предварительно наносят компонент более летучий чем все комгюнеИты смеси 2.

Недостатком изв.,стного бездетекторного варианта способа является необходимость использовать непрерывное взвешивание колонки без нарушения хромадистилляционного процесса Причем надежные устройства для проведения таких измерений отсутствуют, что снижает точность определения веса и, соответственно, состава смеси, В описании способа реализован вариант с прерыванием хромадистилляционного процесса. Для определения изменения веса колонку приходится отключать от газовой схемы и после взвешивания снова подключать . в схему. Это ведет к увеличению времени анализа и большому числу переходных процессов при повторных подключениях колонки, что сказывается на точности измерений.

Целью изобретения является ускорение анализа.

Цель достигается тем, что согласно хромадистилляционному способу анализа жидких смесей, включалощему непрерывное пропускание потока газаносителя через колонку, заполненную

частицами инертного наполнителя, периодический ввод в него дозированного количества анализируемой смеси и измерение физического параметра, по изменению которого во времени судят

0 о качественном и количественном составе анализируемый смеси, в качестве измеряемого физического параметра используют перепад давлений на колонке;,

5 Перепад давления (дР ) на колонке, заполненной зернистым материалом, при определенной скорости потока (Vg) в лa инapнoм режиме выражается зависимостью Козени-Кармана

гдеЦ0- длина слоя;

d - диаметр частиц носителя, к - коэффициент; пропорцией ал ьный вязкости газа-носите 1я и зависящий от типа упаковки. В процессе хромадистилляции часть слоя смачивается жидкостью ( L,,,). При этом меняется эффективное сечение/ по которому проходит газ-носитель.

.Диаметр каналов на смоченном участке сЯ(Ч|)уменьшается и сопротивление колонки увеличивается Таким образом равнение для перепада давления на колонке записывается так

L ;С(ч несм |

,

(2

М

d

С ГА

где , L - и ; дпина несмного слоя. После преобразований получаем

.)

f.где

CJ«I

Изменение сопротивления колонки при хромадистиллгэдионном процессе равно

.х, СМ

адр.

/ Н к Hi-y V 5П, (4.1

)-srVo- r

,(5 .)Скорость уноса индивидуального вещества из колонкиопределяется соотношением

dU , 15)

q, - количество жидкости в едилице объема колонки; t. - концентрация насыщенного пара i -того компонента. однозначно связанная с упругостью пара уравнение С Р9 /RT , 5 - сечение колонки Таким образом, изменение сопротивления колонки ,во времени равно W. . CD . dt q,S Это уравнение спраредпйво также для многокомпонентной смеси при пол ном разделении, так как оно описыва ет уход наиболее летучего компонента. Из этого выражения следует, что график, построенный в координатах ДР от t по результатам хрома исти ляционного разделения смеси при фик сированной скорости газа-носителя, представляет собой ряд отрезков, наклон которых зависит от упругости разделяемого компонента (качественный анализ ). Произведение проекции каждого отрезка на ось абсцисс (т.и. время выхода компонента) на тангенс угла наклона дает величину пропорциональную количеству данного компонента в пробе (0.), поскольку .a. . Отсюда отношение количеств компонентов в пробе определяется по выра жению На фиг. 1 приведены экспериментальные кривые изменения перепада давления на колонке для , снятые при разных скоростях газаносителя; на фиг. 2 - кривая изменения перепада давления для н-нонана кривая 1 и кривая изменения перепада при вводе бинарной смеси гептаннонан (кривая II). Опыты проводят на стеклянной колонке длиной 66 см и внутренним диаметром 0,4 см, заполненной пеностеклом iфракция 0,25-0,5 мм7. Вдоль колонки создают отрицательный температурный градиент (от 122 до ). Во входную линию газа-носителя непосредственно перед КОЛОНКОЙ подключают и-образный дифманометр, заполненный водой, причем для увеличения чувствительности метода одно из колен дифманометра расположено под достаточно малым углом (б-11 °). Объем дозы в- опытах с индивидуальными веществами равняется 0,4 мл, а в опытах со смесью - 0,6 мл. В опытах фиксируется время за которое столб воды в наклонном колене дифманометра меняет свое положение на 0,5: см. В табл. 1 приведены значения скорости изменения перепада давления для н-октана, полученные из графиков на ., снятые при двух скоростях газа-носителя (серия кривых 1 отвечает скорости 29,6 мл/мин, а серия II - 40 мл/мин ). Таблица 1

Как видно из табл. 1 и графиков способ обладает достаточной воспроизводимостью по угловым коэффициента Максимальная ошибка в этих опытах 3,42 отн.%. Начальный участок на выходных кривых (зона А) соответствует растеканию жидкости по колонке. При этом происходит резкое увеличение сопроти ления колонки из-за ввода жидкой пробы в виде пробки. На графике (.фиг. 1) видно увеличение значения перепада от начального значения (.перепад на сухой колонкеJ до максимального. Затем жидкость под влия- нием газа-носителя равномерно распре деляется по колонке, занимая.-часть свободного объема насадки, и происходит устранение возмущения по давлению, возникающего в начальный момент ввода смеси, после чего начинается линейное уменьшение перепада в соответствии с формулой (1 Кзона Б. Некоторое отличие в значениях перепада и времени выхода.вызвано недостаточной воспроизводимостью при дозигровании пробы как по количеству введенной смеси, так и по скорости ввода (использовался шприц марки Рекорд на 1 мл). По этой -же причине наблюдается первоначальный бросок давления разной величины (зона А). Однако

на идентификацию компонентов указанные факторы не влияют.

Как следует из формулы 1,1), скорость изменения перепада пропорциональна квадрату скорости газа-носителя. Это подтверждается и экспериментальными дaнны ли (, графы 8, 9 табл.1. Онибка составляет 2,5 отНо%,

В табЛо 2 приведены Д-Нные, полу.ченные при анализе н-нонана (кривая I ) и бинарной смеси н-алканов C-j-Cg (кривая II) (фиг. 2). ,Таблица2