Способ концентрирования фракций в пробах газовой среды и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК G01N1/22 

со кэ со ел VI Изобретение относится к исследов нию физических и химических свойств вещества, абояее конкретно к получению и подготовке образцов при исследовании газовых смесей и аэрозол и может быть использовано при изучении загрязнений воздушной среды с помощью криогенно-конденсационных пробоотборников. Известен криогенно-конденсационный способ отбора проб воздуха с при месями, реализуемый в устройстве для отбора проб воздуха с примесями, со держащем коидемсирующий элемент с входной и выходной частями, охлажда емый жидким азотом, вибратор, расположенный на входе конденсирующего элемента, и приемную емкость, расположенную за конденсиру ющего элемента. Способ, реализованный в данном устройстве, позволяет сконцентрировать примеси во всем объеме сжиженного воздуха с коэффициентом концентрирования равным 660. Наличие вибратора, осуществляющего встряхивание конденсирующего элемента вдоль оси, препятствует фик сации кристаллов с СО. и пр. на конденсирующих поверхностях,что снижает потери информации о примесях, содержащихся в отбираемом воздухе D., Недостатком способа является потеря части информации на входных отверстиях трубок конденсирующего (до 10 и выше за счет образования слоя из кристаллов и СО,- и пр.) элемента и трудноконцентрируемое распределение примесей неблагородных газов в сжиженном воздухе, что делает неопределенной геометрию измерения гамма-активности, например, на полупроводниковом детекторе ДГДК, а также сложность осуществления встряхивания конденсирующего элемента больших габаритов, рассчитанного на высокие скорости пробоотборника в устройстве, реализующем способ. С ростом силы удара растет величина энергии, затрачиваемой на подъем сер дечника вибратора, что влечет за собой использование мощных источников питания, а это нецелесообразно припроведении исследований в полевы условиях. Цель изобретения - снижение потерь информации, заключенной в адсорбированных примесях, обеспечение универсальности простоты и надежности технологических процессов, увеличение степени концентрирования примесей, содержащихся в газовой смеси , при непрерывном повышении эффективности очистки газовой смеси от в процессе .пробоотбора. Указанная цель достигается тем, что согласно способу концентрирования фракций в пробах газовой среды, включающему сжижение газовой среды и очистку через фильтр, часть сжиженной газовой среды распыляют в поток исходной газовой среды до ее очистки на фильтре. Устройство; включающее фильтр и криогенный узел отбора проб воздуха с примесями, имеет конденсирующий элемент с входной и выходной частями и сборную основную и промежуточную емкости, фильтр установлен перед входной частью конденсирующегоэлемента , а промежуточная сборная емкость снабжена помещенным в нее импульсным бесклапанным насосом, который соединен с входной частью кон-денсирующего элемента посредством трубопровода, пропущенного через конденсирующий элемент с уплотнением и через фильтр. Способ осуществляют следующим образом. Отбираемый воздух пропускаютчерез несущий фильтр, который охлаждают с нижней стороны путем контактного наложения на входные отверстия трубок конденсирующего элемента, омываемого хладагентом. В случае необходимости иметь высокую температуру охлаждаемого несущего фильтра, контактное наложение несущего фильтра отсутствует. Прошедшие через несущий фильтр первые порции газовой смеси, уже частично очищенные от примесей, сжижаются в конденсирующем элементе и из него сжиженную газовую смесь направляют в дополнительную приемную емкость, откуда необходимое количество сжиженной газовой смеси подают на вход конденсирующего элемента и сверху орошают несущий фильтр. Капли сжиженной газовой смеси под действием силы тяжести и засасываемого потока сжижаемой газовой смеси проникают в глубину фильтра, охл аждая его и засасываемую газовую смесь. Примеси, содержащиеся в газовой смеси, переходят на несущий фильтр, а затем и на ранее зафиксированные на нем Г и в нем) примеси, которые продолжают охлаждаться оо всей глубине разбрызгиваемыми сверху порциями ранее сжиженной газовой смеси. Таким образом получают непрерывно наращиваемый по мере пробоотбора фильтр, состоящий из примесей, содержащихся в газовой среде. Причем состав примесей может быть изменен искусственно. Эффективность такого филктра в отличие от существующих повышается в процессе пробоотбора с увеличением зафиксированных на несущем фильтре примесей На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ. Устройство содержит конденсирую ющий элемент 1 с входными отверстиями 2 для входа газовой смеси, перед которыми расположен несущий фильтр.3 (например, мембранный фильтр, снег, вата), а на выходе размещена промежуточная сборная емкость с помещенным в нее импульсным бесклапанным насосом 5, который соединен с входом конденсирующего элемента посредством трубопровода 6, пропущенного через конденсирующий элемент и с уплотнением через несущий фильтр. Устройство работает следующим об разом. После включения криогенного устройства отбираемая смесь после филь трующей насадки проходит через несущий фильтр 3. расположенный над входными отверстиями 2 конденсирующего элемента 1, к конденсирующим поверхностям, на которых сжижается и поступает в промежуточную сборную емкость , где расположен импульсный бесклапанный насос 5. Часть сжиженной газовой смеси через фильтры насоса заполняет его внутреннюю полость, а избыток выл1«ается в приемную .емкость. Насос подает необходимое количество сжиженного газа по трубопроводу 6 на вход конденсирующего элемента 1 через несущий фильт 3. Здесь сжиженная газовая смесь раз брызгивается через отверстия в верхней части трубопровода и под действием силы тяжести и потока засасываемой газовой смеси капли жидкости падают на несущий фильтр 3 ох лаждая его по всей глубине вместе с засасываемой газовой смесью. Примеси, содержащиеся в газовой смеси (за исключением примесей благородных 74 газов), фиксируются на несущем фильтре 3 и, в свою очередь, на этих примесях фиксируются примеси из последукадих порций газовЫ смеси. При этом охлаждение за счет теплообмена с порциями, сжиженной смеси продолжается в процессе всего пробоотбора. . Слой зафиксированных примесей непрерывно наращивается, повышая эффектив ность очистки отбираемой газовой смеси от содержащихся в ней примесей. Температуру несущего фильтра 3 мож но изменять t меняя количество сжиженного газа, подаваемого на его вход, а также его расстояние от входных отверстий 2 конденсирующего эле- мента 1. ПЬедлагаемое устройство, выполняя функцио, аналогичную функции вибратора в прототипе, а именно снижение потерь инф6 Хации на конденсирующих поверхностях и на входных отверстиях конденсирующего элемента, характеризуется полным отсутствием подвижных частей, что повышает надежность устройства в сочетании с его nt)ocToтой. Устройство благодаря введению импульсного бесклапанного насоса и охлаждаемого по всему объему несущего фильтра с примеся 1, рзсположенного непосредственно перед входом конденсирующего элемента, в отличие от прототипа может выполнять указанную функцию принципиально при любой производительности без шума, при значительно меньших потерях информации и с малыми затратами энергии (в 25-50 раз меньшими, чем в прототипе). Последнее обстоятельство позволяет отказать ся от мощных и, соответственно, тяжелых источников питания, что дает возможность более широко и универсально использовать криогенное устройство вместе с предлагаемым устройством при отборе проб газовой смеси в полевых условиях. По сравнению с базовым объектом предлагаемое устройство более сложно в изготовлении, но позволяет свести коэффициент проскока различных веществ исключением благородных газов и воздуха ) через несущий фильтр до минимума (К при TewtepaType охлаждения ниже температуры кипения кислорода, но выше его температуры кристаллизации. Чувствительность анализа повышается в 150 и более раз.

Предлагаемое устройство позволяет производить отбор проб практически с любыми объемными скоростями с соответствующими повышению объемной скорости снижением времени анализа и повышением точности определения концентрации примесных фракций, содержащихся в газовой смеси.

1. Способ концентрирования фракций в пробах газовой среды, включающий очистку через фильтр и сжижение-, газовой среды, отлимающи йс я тем, что,-с цельюповышения надежности и увеличения степени концентрирования примесей и повышения эффективности очистки газовой среды, часть сжиженной газовой среды распыляют в поток исходно1 газовой среды до ее очистки на фильтре, 2, Устройство для концентрирования фракций в пробах газовой середы, вк:люча эщее фильтр и криогенный узел отбора проб воздуха с при1«сями, содержащи 1 конденсирующий элемент с входной и выходной частями и сборную оснотную и промежуточную емкости,. о т л и чаю щ е ее я тем, .что, с увеличения степени концентрирования примесей, фильтр установлен перед входной частью конденсирующего элемента, а промежуточная сборная емкость с набжена помещенным в нее импульсным бесклапанным насосом, который соединен с входной частью конденсиру10щего. элемента посредством (Л трубютровода, пропущенного через кондёнсирухщий элемент с уплотнением и через фильтр.