Кювета для спектрометрических измерений газов, жидкостей и газожидкостных систем Советский патент 1991 года по МПК G01N21/05 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для спектрометрических измерений газов, жидкостей и газожидкостных сисггем, в том числе находящихся под давлением и при повышенных температурах, в частности при изучении или контроле концентраций газов, растворенных в жидкостях, при исследовании химических каталитических и некаталитических реакций, протекающих с участием растворенных газов.

Цель изобретения - повышение достоверности измерений путем ускорения процессов массопередачи.

На чертеже изображена кювета для спектрометрических измерений газов, жидкостей и газожидкостных систем с корпусом, снабженным окнами, выполненными из материала, оптически прозрачного в исследуемом диапазоне длин волн.

Кювета содержит возвратно-поступательную мешалку соленоидного типа, имеет замкнутый проточно-циркуляционный канал для движения исследуемой среды с выводами для жидкой и газовой фаз (на чертеже Ж и Г соответственно). Мешалка 1 выполнена в виде штока с поршнем, имеющим сквозные вертикальные отверстия, пео ю

00 VI

со

рекрываемые тарельчатым клапаном 2 в верхней или нижней части поршня.

Кювета представляет собой корпус 3, заключенный в электропечь 4, выполненный из материала, устойчивого к использованной среде (сталь, латунь, титан и др,). Корпус имеет окна 5 для прохождения луча, выполняемые из материала, оптически прозрачного в исследуемом диапазоне длин волн (кварц, КС, NaCI флюорит, кремний и др.). Толщину измеряемого слоя регулируют с помощью тубуса в диапазоне 0-400 мкм без разборки кюветы, В качестве материалов для прокладок используют устойчивые в применяемых условиях вещества, например фторопласт. Для защиты при поломке окон предусмотрены защитные окна, выполненные из тех же оптических материалов, что и окна 5. Пропускание кюветы в области прозрачности окон составляет 80%. Электромагнит б с помощью реле осуществляет регулируемое число возвратно-поступательного движения в единицу времени сердечника 7 и связанного с ним штоком поршня 8.

Температура в кювете измеряется термопарой, расположенной в отверстии корпуса 3, Давление рабочей среды показывает манометр. Заполнение кюветы жидкостью проводят через вентиль 9, связанный с дозирующим устройством 10, газом - через вентиль 11. Удаление содержимого и промывка проводится через вентиль 12.

Именно наличие замкнутого контура и движение газожидкостной смеси в проточном и проточно-циркуляционном режиме гарантирует насыщение газа в жидкой фазе и возможность достижения равновесия, а конструкция мешалки, имеющей поршень с отверстиями и тарельчатый клапан, обеспечивает высокую интенсивность перемешивания газа и жидкости, т.е. высокую скорость достижения этого равновесия.

Устройство работает следующим образом.

При движении мешалки вниз клапан находится в открытом состоянии, жидкость поступает через отверстия в поршне в полость над ним и перемешивается с газом. При движении мешалки вверх клапан перекрывает отверстия в поршне, и жидкость, находящаяся над ним, перемещается в рабочую зону (в канал), т.е. осуществляется циркуляционный режим работы кюветы. При необходимости возможна реализация проточного или проточно-циркуляционного режимов, при которых отвод жидкой фазы проводят через выводной канал Ж, а поступление жидкости в систему - через дозатор 10. Газ во всех случаях поступает через канал Г,

Пример1и2. Кювету используют для исследования реакции гидроформулирования гексана-1 в альдегиды С, протекающей в присутствии предшественника катализатоpa - Rrui(CO)i2. В качестве жидкой фазы используют гептан, в качестве газовой фазы - смесь СО:Н2 1:1 под давлением 6 МПа при 90°С. Регистрацию ИК-спектров проводят на спект- рофотмоетре UR-20, в качестве окон исполь0 зуют диски из флюорита толщиной 20 мм, толщина рабочего слоя 250 мкм.

В предварительно опрессованную инертным газом кювету загружают через дозатор раствор RN(CO)i2 (0,03 г) в 15 мл к-геп5 тана, содержащего 5 мл гексана-1. Кювету продувают газовой смесью 1СО:1Н20, после чего доводят давление этой смесью до бМПа, включают мешалку (скорость 25 циклов/мин) и нагревают кювету до 90°С (рабо0 чие условия).

Наблюдают во времени протекание реакции гидроформулирования гексана-1, идущей с участием газов СО и с образованием альдегида. Протекание реакции ре5 гистрируют по появлению и накоплению полосы поглощения с частотой 1730 , отвечающей альдегиду, по уменьшению интенсивности частоты 1820 (гексан-1), по поглощению СО +Н2, замеряемому в рас0 ходной емкости, соединенной с кюветой, по манометру.

В ИК-спектре реакционной смеси при протекании стационарного гидроформулирования стабилизируются полосы, харак5 теризующие колебания в каталитическом комплексе в активном состоянии (1850- 2000 ), а также наблюдается постоянная по частоте и интенсивности полоса поглощения растворенной С0(2150см 1), чтосви-.

0 детельствует о скорости растворения СО в жидкой фазе, достаточно высокой, чтобы обеспечить подпитку системы, поглощающей СО на реакцию. Скорость стационарного гидроформулирования составляет

5 0,2 моль/мин.

Из ИК-спектров реакционной смеси следует, что активное состояние катализатора не стабилизируется, так как полученный спектр отвечает спектру исходного

0 RMCO)i2. Скорость реакции гидроформулирования в этом случае составляет меньшую по сравнению с примером 1 величину (0,09 моль/мин), в области колебаний СО, растворенной в и-гептане, полос поглоще5 ния не наблюдают, что свидетельствует о недостаточной скорости растворения СО в жидкой фазе и о превышении скорости поглощения СО в реакции гидроформулирования в этих условиях над скоростью растворения СО из газовой фазы в жидкой.

ПримерЗ. Регистрация ИК-спектра газа, находящегося под давлением.

В рабочую зону предлагаемой кюветы через ввод Г подают моноксид углерода под давлением 5 МПа. Получают спектр, ха- рактерный для вещества, находящегося в газовой фазе.

С помощью дозатора 10 методом пере- давливания в кювету вводят 15 см3 н-гепта- на. Давление моноксида углерода 5 МПа. Получают ИК-спектр СО, растворенного в н-гептане.

Полученные данные свидетельствуют о расширении функциональных возможностей кюветы, позволяющей осуществлять подачу жидкой фазы в рабочую зону при рабочих условиях, а также проводить измерения спектров газов под давлением как в присутствии растворителя, так и в его отсутствие.

Таким образом, проточно-циркуляционная кювета представляет собой унифицированный прибор для спектрометрических измерений, позволяющий производить измерения спектров сред (жидких, газообраз- ных и газожидкостных), в том числе находящихся под давлением и при повышенных температурах, как в динамическом, так и в статическом режимах. Первый из них может быть организован в виде циркулиру- ющего, проточного или проточно-циркуляционного оформления Это обстоятельство позволяет повысить производительность труда при исследовании.

Кювета, кроме того, существенно расширяет диапазон задач, решаемых с ее помощью, поскольку позволяет повысить скорость перемешивания рабочей среды. Формула изобретения Кювета для спектрометрических измерений газов, жидкостей и газожидкостных систем, содержащая корпус с оптическими окнами, между которыми образован рабочий объем, и каналами для ввода и вывода исследуемого вещества, электромагнитную мешалку, выполненную в виде штока с поршнем, установленную в емкости с возможностью перемещения, при этом емкость гидравлически соединена с каналами для ввода и вывода исследуемого вещества и рабочим обьемом, отличающаяся тем, что, с целью повышения достоверности измерений путем ускорения процессов массо- передачи, шток поршня выполнен в виде полой трубки для подачи газа, поршень снабжен сквозными вертикальными отверстиями и тарельчатыми клапанами, распо- ложенными в верхней или нижней частях поршня с возможностью перекрытия вертикальных отверстий, а каналы ввода и вывода выполнены в корпусе так, что образуют с емкостью и рабочим обьемом замкнутый проточно-циркуляционный канал

iO

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для спектрометрических измерений газов, жидкостей и газожидкостных систем, в том числе находящихся при повышенных давлениях и повышенных температурах. Цель изобретения - повышение интенсивности процессов перемешивания. Кювета для спектрометрических измерений газов, жидкостей и газожидкостных систем имеет корпус9с окнами, выполненными из материала, оптически прозрачного в исследуемом диапазоне длин волн, и содержит возврат- но-поступаТельную мешалку соленоидного типа. Кювета снабжена замкнутым лроточ- но-циркуляционным каналом для движения исследуемой среды с выводами для жидкой и газовой фаз соответственно, а мешалка выполнена в виде штока с поршнем, имеющим сквозные вертикальные отверстия, перекрываемые тарельчатым клапаном в верхней или нижней части поршня. 1 ил. сл