Способ разделения газовой смеси Советский патент 1989 года по МПК G01N1/10 

(21)4162330/31-26

(22)12.12.86

(46)30.03.89. Бкш. № 12

(71)Институт общей физики АН СССР

(72)В.К.Конюхов, В.И.Тихонов, Т.Л.Тихонова и В.Н.Файзулаев (53)543.053 (088.8)

(56)Reist V.H,, Fenn I.В. Separation of gas mixtures in Supersonic jets. // Journal of Chem.Phys. 1963, V.39, № 12, p, 3240-3250.

(54,) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВОЙ СМЕСИ

(57)Изобретение относится к разделению газовых смесей и может быть использовано для исследования конденсации в атмосфере, загрязненной углекислым газом, а также для исследования биологических объектов. Целью изобретения является обеспечение возможности вьоделения спин-модификаций воды. Смесь, состоящую из углекислого газа и водяного пара, подвергают расширению со сверхзвуковой скоростью в вакуумную камеру, где размещена пробоотборная трубка. При этом получает развитие процесс гетерогенной конденсации молекул воды на молекулах углекислого газа. Благодаря эффекту вращательной селек- тивности в конденсации участвуют молекулы только пара-модификации. Частицы конденсата проходят через ударную волну, возникающую перед пробоотборной трубкой, и собираются в кювете. 1 ил.

с S5

(Л

Изобретение относится к разделению газовых смесей и индивидуальных газов на спин-модификации и может быть использовано для исследования конденсации в атмосфере, загрязненной углекислым газом, а также для исследования биологических объектов.

. Цель изобретения - обеспечение возможности выделения спин-модификаций воды.

В форкамеру подают пары воды и газообразную углекислоту. Смесь, полученную в форка мере, подвергают расширению, например, через щель в . вакуум, создавая плоскую сверхзвуковую, струю. На определенном расстоянии от щели в струе возникает гетероген-

ная конденсация на молекулах углекислого газа. На ударной волне, возникающей перед пробоотборной трубкой, размещеннсрй в вакуумной камере, легкая газовая компонента смеси эффективно рассеивается, а тяжелая компонента (конденсат) легко проходит через ударную волну и попадает в пробоотборную трубку, в качестве которой используется трубка Пито. Совокупность всех вращательных состояний молекулы воды можно разбить на две подсистемы, принадлежащие соответственно пара- и ортомодифика- циям. При гетерогенной конденсации молекул воды на молекулах углекислого газа в конденсат уходят лишь молекулы с основного вращательного состояния. Для воды основное вращательное состояние принадлежит парамоди- фикации (для тежелой воды ортомоди- фикации), поэтому в конденсат будут уходить молекулы, принадлежащие только парамодификации. Таким образом, с помощью трубки Пито, помещенной в сверхзвуковом потоке, осуществля- , ется вьщеление данной спин-модификации, которая может быть собрана, например, в кювете.

На чертеже изображена схема устройства для осуществления предлагае- мого способа.

Устройство содержит баллон со сжатым углекислым газом, сосуд с водой (не показаны), форкамеру 1 со щелью или соплом 2, вакуумную камеру 3,.в которой размещена пробоотборная трубка 4 (трубка Пито), кювету 5 для выделяемого продукта с кранами 6.

При работе устройства способ осуществляется следующим образом.

Углекислый газ из баллона и пары воды подаются в форкамеру 1, где происходит их смешение. Образовавшаяся смесь расширяется через щель 2 в вакуумную камеру 3, в результате чего в вакуумной камере возникает сверхзвуковая струя. На определенном расстоянии от отверстия истечения газ охлаждается до такой температуры, т получает развитие процесс гетерогенной конденсации. Частицы конденсата, как более тяжелые, проходят через ударную волну, попадают в пробоот- борную трубку и собираются в кювете 5, в то время как молекулы, находящиеся в газовой фазе, рассеиваются ударной волной.

Пример. В устройстве в качестве звукового сопла использовалось отверстие диаметром 3 мм, а в качестве пробоотборной трубки - трубка Пито диаметром 4 мм, которая помещалась на расстоянии 15 мм от среза сопла. Расширению подвергалась газовая смесь СО с парами воды при начальном давлении СО 15 тйрр. и начальном давлении . паров воды 1,5 торра. Конечный продукт собирался в кювете емкостью один литр при давлении 2 торра. Процентное содержание молекул парамодификации, определенное методами количественной суб миллиметровой спектроскопии по поглощению во вращательной части спектра. Увеличивалось с 25 до 50% при комнатной температуре.

Благодаря тому, что выделенная спин-модификация воды активно влияет на конденсацию, предлагаемый способ может быть использован для исследования конденсации в атмосфере с большой концентрацией углекислого газа.

Формула изобретения

Способ разделения газовой смеси на компоненты, включающий организацию сверхзвукового истечения смеси в вакуумную камеру с со зданием баро- диффузного эффекта на ударной волне перед пробоотборной трубкой, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности выделения спин-модификации воды, предварительн готовят смесь из паров воды и углекислого газа, а при истечении создаю условия для конд енсации молекул воды на молекулах углекислого газа.