Способ анализа газовых смесей Советский патент 1934 года по МПК G01N7/04 

Предлагаемое изобретение касается анализа газовых смесей путем поглощения отдельных компонентов при повышенной температуре твердыми и жидкими поглотителями (например, диолефиновых углеводородов расплавленным мелеиновьш ангидридом).

С целью ускорения анализа и предохранения прибора от загрязнений при улетучивании поглотителя, в предлагаемом способе применено непосредственное охлаждение газовой смеси после реакции при повышенной температуре.

Поглотитель помещается в и-об;. азном капилляре с расширениями, количество которых зависит от качества и количества поглотителя. Та часть капнллпра/в котором помещен поглотитель, погружается в ванну с необходим«.й для реакции температурой. На выступающие из ванны концы капилляра надеваются маленькие холодильники. Капилляр соединяется одним концом с бюреткой и с двухходовым краном, д )угнм - с пипеткой (или двумя бюретками). Бюреткн помещаются в стеклянную муфту, через которую пропускается прозрачная жидкость с постоянной температурой; эта же жидкость из муфты поступает в холодильники на капилляре.

Работа ведется следующим образом. В газовую бюретку набирается исследуемая газовая смесь; после того, как достигнута постоянная температура в муфте с холодильниками и ванне, сравнивают давление lasa в капилляре с атмосферным; соединяют капилляр с бюреткой; измеряют объем газовой смеси и пропускают ее через поглотитель в пипетку и обратно, до постоянного объема.

Расчет ведется по обычным для газового анализа формулам.

Благодаря малому даметру капилляра и наличию холодильника происходит немедленное, достаточно полное, охлаждение газовой смеси после

(333)

выхода из нагретой части, что позволяет производить замер при нагретом поглотителе. При par боте с расплавленными поглотителями, происходит барботация 1аза через поглотитель; тем самым увеличи ается скорюсть реакции и co paщается продолжительность анализа. В случае улетучньания поглотителя он конденсируется в холодильниках, и таким образом потери его сведены к минимуму и бюретки не загрязняются. Предлагаемый способ позволяет по увеличению в весе попчотителя и сокращению объема судить о молекулярном весе выделяемой coCTat пой части из газовой смеси.

Способ может быть осуществлен в приборе, изображенном на чертеже.

В описанном ниже приборе ана.лвзируемая газовая смесь, замеренная в бюретке, пропускается через расплавленный ыалеиновый ангидрид до постоянного объема, т. е. до поглощения и удаления всех диолефиновых уг.чеводородов из смеси.

Барботация происходит в U-образном капилляре (реакторе) с расщиреннямн прн перепускании газовой смеси из бюретки в пипетку н обратно. Нижняя часть реактора помещена в кнпящую водяную баню, а 1ерхняя часть и бюретка омываются проточной юдой с постоянной температурой. Таким образом глаьная смесь в приборе всегда ьаходится в одинаковых температурных условиях.

Реактор прибора представляет U-образный капилляр с восемью симметрично расположенными расширениями. Диаметр капилляра внутренний 1,2 мм и наружный 8 мм; расстояние между капиллярами 12 мм; два нижних уширення 1 имеют эллипсоиднзто форму емкостью 1,5-2,0 см. В этих расширениях помещается поглотитель (малеиновый ангидрид), и в них происходит бар-, ботация газа. Капилляр у основания суживается

для уменьшения объема пузырьков, что увеличивает поверхность реакции и предохраняет от бысТг ого проскакивания газа.

На расстоянии 4 - 6 ми от расширений 1 имеется вторая пар шарообразных уширений 2, емкостью около 1 см. Эти расширения являются предохранителями от переброса малеинового ангидрида вверх, в холодильники. Чгрез 35 лл выдута третья пара таких же расширений 3, служащих каплеотбойниками малеинового ангидрида. Верхние капилляры, длиной 150 мм, припаяны под прямым углом к нижним, расстояниз между ними 33 мм. От впая на 25 мм находится четвертая пара расширений 4, с внутренним диаметром 5 мм без увеличения наружного диаметра, для ле.кого надевания холодильников. Эти расширгния служат для улавливания паров малеинового ангидрида. На верхние капилляры надеваются холодильники 5 на пробках 6. Нижние пробки холодильников делаются узкими, не больш.е 6 мм, и нижний их край совпадает с основанием расширений 4.

Бюретка 8, емкостью 50 - 52 см, для точности отсчета сделана с расширением 7 в верхней части, а в нижней, суженной, - градуирована на 0,05 см. Сверху капилляра 9 бюретка имеет двухходовой кран 10 с двумя капиллярами 11, 12, изогнутыми в стороны под прямым углом. Первый соединяется каучуком через капиллярный угольник 13 с реактором и служит для перепускания газа через реактор; второй, предназначенный для набора пробы газа, соединен с капил лярным трехходовым краном 14 и хлоркальциевой трубкой 15.

Бюретка помещается в стеклянную муфту 16, и параллельно с ней укре11ляется трубка 17, с диаметром, равным диаметру узкой части бюретки. Эта вспомогательная трубка укрепля;тся и выгибается так, чтобы она шла от узкой части бюретки на расстоянии 1 - 2 мм, затем огибала расширенную часть со стороны, противоположной градуировке, и выходи.ча из муфты на 120 - 150 мм.

Нижние концы бюретки и трубки соединяются каучуком, через тройник 18, с напорной грушей 39. Вспомогательная трубка 17 служит показателем уровня ртутн в груше, для более точного измерения объема газа в бюретке. Бюретка и трубка укрепляются в муфте npo6KjMH, залитыми менделеевской замазкой. Внутри муфты укрепляется термометр 20 с делениями на 0.3 - 0,5°. В пробки вставляются трубки для подачи води снизу и вывода сверху; отводная трубка соединяется каучуком через тройник 21 с нижним тубусом ближайшего холодильника; третьим концом тройник соединен каучуком (с зажимом Мора 22) с воронкой 23, служащей для подачи теплой воды в холодильники. Напорная груша подвешена на шнуре, перекинутом через блок 24 к вороту 25, служащему подъемным механизмом.

Пипетка состоит из двух соединенных каучуками сплюснутых шаров 27, 28. Нижний шар 27, емкостью 55 - 60 см, имеет сверху П-образный капилляр 29 с краном 30, меткой 31 и сужением для предохранения от перебросов ртути. Второй шар 28, емкостью около 75 сл1, расположен так, чтобы низ его был на 10 -15 мм ниже метки Hci капилляре. Свободный конец капилляра соединен в стык каучуком с реактором.

Все части прибора укреплены в ящике, устроенном так, чтобы они находились в устойчивом положении, и нагреваемая часть (реактор с водяной баней и горелка) была изолирована от остальиьпЕ частей прибора перегородками 32, 33 и 34, покрытыми изнутри асбестом, отстающим на 2 - 3 мм от перегородки. Стакан 35 устанавливается на металлическом кольце с сеткой 36, укрепленном на металлическом стержне 37.

Описанный прибор пригоден для газов, в которых концентрация диолефиновых углеводородов не 1Ш)ие 20% (объемных). При концентрации выше 20% следует соответствующим об /азом изменить бюоетку и увеличить емкость реактора, сделав вместо одной первой пары расширений- дье; при этом можно загружать малеиновый ангидрид в 2 - 2;5 раза больше обычного.

Д.ш наполнения реактора малеиновым ангидридом реактор отключают от прибора, снимают холодильники, на один конец каучуком укрепляют воронку и в во jOHKy засыпают 1,1 - 1,2 г малеинового а1гидрида (свежеперегнанного). Пламенем горелки прогревают весь реактор до температуры не ниже 60°, расплавляют ангидрид в воронке, и последний медленно поступает в реактор. Осторожно подогревая реактор, дают стечь ангидриду в реакционные расширения и снимают воронку, При таком наполнении в капилляре, на стенах остается ангидрид, который следует удалить нагреванием гооелкой до тех пор, пока капилляр не станет совершенно сухим.

Далее вынимают реактор из прибора, снимают холодильники, ьытирают и прогревают весь реактор горел: ой, затем резиновой грушей и выдувают ангидрид в колбочку. Когда весь ангидрид стечет, засасыьают теплой воды (60 - 70°С), споласкивают несколько раз и затем сушат продуванием нагргто.о Еоздуха.

Перед началом работ в реакторе должно быт загружено 1 - 1,2 г малеинового ангидрида.

и бюретке с напорной склянкой должно находиться столько ртути, чтобы при запблнении всей бюретки ртутью уровень ее в ьспомогате;1Ьной трубке можно было довести на 8-Q см выше двухходового крана бюретки. Пипетка должна быть заполнена ртутью настолько, чтобы при ьынутом кране пипетки уровень рту1И оставался на метке капилляра.

Все части прибора плотно соединены каучуками; реактор соединен в стык с пипеткой и бюреткой (через угольник) вакуумными каучуками; бюретка, вспомо1ательная тр,бка, тройник и напорная груша также соединены вакуумными каучуками.

Уровень воды в водяной бане должен быть выше уширений на 5 - Ю мм.

Для отоора пробы газа из газометра в бюретку каучу ом через хлор кальциевую трубку соединяют газометр с бюреткой (кран 10 закрыт, бюретка заполнена ртутью). Открывают краны газометра и продувают хлоркальциевую трубку и каучуки, пропуская газ через вертикальный отросток трехходового крана. Поворотом последнего соединяют, горизонтальные отростки, изолируя вертикальный отросток, и поворотом крана бюретки набирают газа 25 - 30 см,

Поворотом трехходового крана изолируют отросток, соединенный с газометром, и одновременным поднятием груши (напорной) ьытесняют

газ из бюретки, доведя уровень ptjTH до крана бюретки.

Вновь изолируя вертикальный отросток, набирают газ в бюретку и вновь вытесняют. После 34-кратного цроаувания бюретки, набирают в бюретку около 50 еж газа и закрывают краны, бюрегки и газометр. Газ в бюретке хранитсяпод небольшим давлением.

Для проведения анализа вынимают кран пипетки для сравнения давления в реакторе с атмосферным; затем вставляют его и закрывают. Оаусканием напорной груши устанавливают на одном уров е ртуть в бюретке и вспомогательной труоке и поворотом крана соединяют бюJeткy с реактором. Измеряют объем газа в бюретке, ус1ановив строго на одном уровне ртуть в бюретке и трубке, и замечают температуру отходящей и поступаюшей воды.

Далэе открывают кран пипетки и осторожным поднятием, а затем опусканием переводят газ в пипетку и обратно. Скорость перепускания такая, чтобы не было переброса в предохранительный шарик. Если произошел переброс во второе расширение и дальше, то опусканием или поднятием груши переводят ангидрид в реакционные расширения и затем вновь продолжают перепускания.

Пзр пускания производят до постоянного объема, т. е. когда замеренные объемы при доведенной до метки ртути в пипетке и закрытом кране, после дв;, х последовательных пропусканий, будут одинаковыми (конечно, после приведения объема к одной температуре).

Благодаря довольно значительной упругости пара малзиноЕого ангидрида при 100° (24,75 мм или 0,033 атм.) часть его паров увлекается проходящим газом; при 100° содержание пара малеиново о ангидрида в газовой сиеси составляет 33% по объему. При пятикратном пропускании 50 см газа увлекается 50 см. 6 0,033 8,3 см малеино1.ого ангидрида или около 0,04 г, часть которого конденсируется в верхних более холодных частях прибора (при 60% в газовой см:си остается только 0,5% паров по объему), остальная же часть выпадает в твердом виде в холодильник, засоряя его. Поэтому после каждого анализа следует прочищать холодильники, для чего выключается вода, поступающая в муфту, открывается зажим Мо за у воронкн 23, и в воронку наливается горячая вода (не ниже 70°). Расплавившийся малеиновый ангидрид опусканием и поднятием напорной склянки при закрытом кране пипетки переводится в реакционные шарики. Вся эта операция длится 2 - 3 минуты. Очистку можно производить во время хода анализа - результаты при этом не ухудшаются; но совершенно не допускается замер объема при засорившемся капилляре; такой замер может повлечь большие искажения результатов.

Расчет анализа производится, как и во всех газовых анализах, с обязательным приведением к одной и той же температуре начального и конечного объемов.

Предмет изобретения.

Способ анализа газовых смесей путем поглощения их составных частей нагретыми твердыми, жидкими поглотителями и последующего измерения уменьшения объемов, отлнчаюш.ийся тем, что, с це.1ью ускорения анализа и предотвращения загрязнения прибора от улетучиьааия поглотителя, газовую смесь непосредственно после поглощения в реакторе быстро охлаждают.