Газовый хроматограф Советский патент 1981 года по МПК G01N31/08 

Устройство относится к хроматогра фии и найдет применение в нефтехимической , нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности для анализа сложных смесей углеводородов. При анализах таких смесей часто применяются хроматографы со ступенча той газовой схемой, содержащие связанные через переключатель потоков разделительные колонки, на выходе которых установлены связанные с реги страторами детекторы 1. Хроматогра позволяет перегруппировать компоненты вводимой смеси так, что тяжелые компоненты определяются на выходе первой колонки, а легкие - на выходе второй колонки. Однако значительным недостатком этого хроматографа является его сложность при использований для работы на технологическом потоке По сути дела в этом случае хроматограф состоит из двух хроматографов, так как для работы нербходи««л два регистратора, связанных с соответствующими детекторами, а каждый детектор ввиду малого полезного объема взрывозащищенного термостата необходимо размещать в самостоятельном тер мостате. При этом сложность конструк ции в промышленных условиях эксплуатации ведет к снижению Нсщежности и точности работы известного прибора. .Наиболее близок к предлагаемому газовый хроматограф, содержащий связанные между собой разделительные колонки, на выходе первой из которых подключена первая ячейка катарометра с первым дросселем на ее выходе, а на выходе второй разделительной колонки подключена вторая ячейка катарометра, связанная с атмосферой, и программатор анализа, связанный соответственно со штуцерами управляющих сигналов двух запорных клапанов, установленных в газовых линиях, со штуцерами управляющих сигналов переключатели потоков, подключенного к регулятору давления газа - носителя, и со штуцерами управляющих, сигналов устройства ввода пробы, подключенного, ко входу первой разделительной колонки и выполненного в виде мембранного крана 2. В этом хроматографе детекторы, установленные на выходах разделительных .колонок, выполнены в виде ячеек одного катарометра, связанных с одним регистратором. Это значительно упрощает конструкцию хроматографа. При анализе ряда смесей (например.

легких компонентов пнрогаза) хроматограф позволяет повысить точность и достоверность количественных определений .

Однако недостатком прототипа является его низкая чувствительность При определении тяжелых компонентов. При определении .компонентов многокомпонентной смеси на различных ячейках одйого детектора, связанного с одним регистратором, может происходить наложение пиков, одновременно проявляющихся на выходах колонок и фиксируемых первой и второй ячёйкг1ми детектора, что практически приводит к потере работоспособности хроматографа. .Цля исключения наложения пиков в процессе разделения анализируемой смеси на двух колонках длину второй колонки необходимо увеличивать, добиваясь увеличения временных промежутков между пиками, фиксируемыми второй ячейкой катарометра. В этих промежутках должны укладываться пики, фиксируекые первой ячейкой катарометра. Однако при анализе тяжелых компонентов удлинение второй колонки приводит к уменьшению высот пиков, появляющихся на ее выходе, в результате растягивания заднего фронта пиков (образования хвостов тяжелых компонентов) . Снижение чувствительности происходит также из-за размытия пиков в месте подключения переключателя потоков ко входу второй колонки (линия обратной продувки) из-за образования в Этом месте мертвого объема, незаполненного сорбентом. Кроме того, при переключениях потоков газа в прямо и обратном направлениях происходит снижение точности работы хроматографа в рёзульта -е образования забросов показаний, т .е. резких изменений положения нулевой линии. При этом главной причиной снижения точности работы хроматографа является не абсолютная величина забросов, к.оторую можно автоматически по ходу анализа компенсировать с помощью специальных средств (с помощью включаемого по программе механизма автоматической установки нуля - МАУ) а время существования - длительность забросов, которая тем больше, чем больше время возникающего при переключениях потока переходного процесса стабилизации скорости газа носителя. При этом время переходного процесса может быть значительным (до 5 мин) из-за удлинения второй колонки. .

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности анализа.

Эта цель достигается тем, что газовый хроматограф, содержащий связанные между собой разделительные колонки, на выходе первой из которых подключена первая ячейка катаромеура с первым дросселем на ее выходе, в на

выходе второй разделительной колонки подключена вторая ячейка катарометра, связанная с атмосферой, и программат тор анализа, связанный соответствен,но со штуцерами управляющих сигналов двух запорных клапанов, установленных в газовых линиях, со штуцергши управляющих сигналов переключателя потоков, подключенного к регуля ору давления газа - носителя,, и со штуцерами управляющих сигналов устройства ввода пробы, подключенного к входу первой разделительной колонки и выполненного в виде мш4бранного клапана, снабжен подключенным к входу первой ячейки катарометра вторым дросселем, вход которого соединен с выходом первого дросселя через первый запорный клапан, а вход и выход первой разделительной колонки соединены между собой через второй запорный клапан, при этснш введен также дополнительный регулятор давления, подключенный к выходу второй разделительной колонки, снабженной боковым штуцером, установленнЁФ на заданном растоянии от входа этой колонки и связанным с переключателем потоков.

Поставленная цель достигается также тем, что вторая разделительная колонка выполнена из двух частей, соединенных муфтой с выполненными в ней центральным н перпендикулярным ему боковым каналами, при этом центральный канал заполнен сорбентом и отделен от бокового канала сетчатой перегородкой, укрепленной на боковом штуцере.

На фиг. 1 изображена принципиальная пневмоэлектрическая схема газового хроматографа; на фиг.2 - конструкция второй разделительной колойки.

Хроматограф включает в себя регулятор 1 давления газа - носителя, связанный со входом переключателя 2 потоков, выход а которого соединен с устройством 3 ввода пробы и входом первой разделительной колонки 4, выход в с помощью линии 5 обратной продувки - с боковым штуцером 6, выполненным на заданном расстойнии (&з) от начала второй разделительной колонки 7, а выход С соединен с атмосферой . Выход первой разделительной колонки 4 через последовательно соединенные дроссельЗ, первую ячейку 9 катарометра 10 и дроссель 11 связан со входом второй разделительной колонки 7. Выход этой колонки через дроссель 12 подключен к связанной с атмосферой второй ячейкой 13 катарометра 10 и связан с дополнительным регулятором 14 давления. Вход дросселя 8 и выход дросселя 11 связан через первый запорный клапан 15, а вход и выход.первой разделительной колонки связаны через второй запорный клапан 16. Чувствительные элеМенты 17 и 18 ячеек 9 и 13 катарометра 10 связаны с регистратором 19, соединенным с програматором 20 анализа Программатор 20 анализа связан с уп равляющими входами переключателя 2 потоков, первого 15 и второго 16 за порных клапанов с помощью соответст вующих управлякхцих каналов Р , Рд и f. Вторая разделительная колонка (фих. 2} выполнена из заполненных сорбентом первой части 21 и второй части 22, установленных с помощью гаек 23 и втулок 24 в муфте 25, в ко торой выполнены центральный 26 и пер пендикулярный ему боковой 27 канашы При зтом центральный канал 26 запол нен сорбентом и отделен от бокового канала 27 сетчатой перегородкой 28, укрепленной на боковом штуцере 29, который представляет собой скобу, охватывающую муфту 25 и укрепленную на ней с помощью болта 30. Работа хроматографа (фиг. 1) протекает следующим образом. В первоначальном состоянии хроматографа программатор 20 анализа вырабатывает следующие сигналы : Р 0 Рд 0 и РЭ 1, при этом нулевые сигналы для запорных клапанов 15 и 16 соответствуют открытому положению этих устройств, а нулевой для переключате ля 2 потоков соответствует положению прямой продувки. Газ - носитель от регулятора 1 да ления через переключатель 2 потоков и устройство 3 ввода пробы поступает на вход первой разделительной колонки 4. С выхода этой колонки газноситель поступает на вход второй разделительной колонки 7 через.первый запорный клапан 15, минуя при этом первую ячейку 9 катарометра 10. Это объясняется тем, что первый запорньй клапан 15 в открытом положеНИИ имеет значительно меньшее гидравлическое сопротивление, чем сопротивления дросселей 8 и 11, включенных последовательно с ячейкой 9. С выхода разделительной колонки 7 газноситель через дроссель 12 поступает во вторую ячейку 13 катарометра 10. Для стабилизации расхода газа через ячейку 13 с помощью дополнительного регулятора 14 давления поддерживают постоянное давление на вхо де дросселя 12. После ввода в первую разделительную колонку 4 с помощью пробовводного устройства 3 пробы, содержащей, например, смесь углеводородов от С до Су в указанной колонке происходит отделение группы углеводоров до С. При этом первая разделительная колонка 4 имеет небольшую длину, а следовательно, и небольшое гид{$Жвлическое сопротивление. Группа . через первый запорный клапан 15 поступает во вторую разделительную колонку 7, где на заданной длине бд от входа этой колонки происходит отделение группы углеводородов С| Cj от С. Затем по сигналу 1- 1програ «4атора 20 анализа переключается переключатель 2 потоков 2 и газ носитель через линию 5 поступает на вход бокового штуцера 6. При зтом вход первой разделительной колонки , 4 через переключатель потоков 2 сообщается с атмосферой (выход с). В результате начинается обратн я продувка части (э) второй разделительной колонки 7 и первой разделительной колонки 4. По сигналу Pj 1 программатора анализа 20 первый запорный клапан 15 закрывается, поэтому во обратной продувки компоненты. С. (компоненты С5- при этом еще не выходят из первой разделительной колонки 4) поступают в первую ячейку 9 катарометра 10 и фиксируются регистратором 19. Для того, чтобы избежать наложения компонентов С на пики компонентов QJ - Cj, фиксируемых второй ячейкой 13 катарометра 10, выход компонентов из первой разделительной колонки 4 при прямой продувке может быть задержан путем подачи сигнала р 0 ко второму запорному клапану 16, открывающемуся при этом. Одновременно с обратной продувкой первой разделительной колонки 4 во второй разделительной колонке 7 продолжается разделение компонентов С,, - С, которые с помощью второй ячейки 13 катарометра . 10 фиксируются регистратором 19. После фиксации всех ключевых компонентов (от С до С.) и окончания обратной продувки, при которой из первой разделительной колонки 4 удаляются компоненты С и Су, программатор 20 анализа приводит хроматограф в первоначальное состояние. Таким образом, благодаря наличию первого запорного клапана байпасирующего первую ячеййу дётектора, а также второго запорного клапана, задерживающего проявление компонентов на первой ячейке катарометра, наложение пиков исключено, а это позволяет обеспечить максимально возможные при выбранных условиях анализа чувствительность и точность П1Ж определении компонентов. Поскольку на выходе второй разделительной колонки перед второй ячейкой катарометра давление стабилизируется, а гидравлическое сопротивление на входе первой ячейки катарометра небольшое, то забросы показаний при переключениях потоков кратковременны. Специальная конструкция второй разделительной колонки позвояет исключить мертвый объем в есте подсоединения линий обратной родувки к боковому штуцеру. Формула изобретения 1. Газовый хрсмлатограф, содержащий вязанные между собой разделительные

колонки, на выходе первой из которых подключена первая ячейка катарометра с первым дросселем на её выходе, а на выходе второй разделительной колонки подключена вторая ячейка катарометра, связанная с атмосферой, и программатор анализа, связанный соответственно со штуцерами управляющих сигнсшов двух запорных клапанов установленных в газовых линиях, со штуцерами управляющих сигнашов переключателя потоков, подключенного к регулятору давления газа - носителя, к со штуцерами управляющих сигналов устройства ввода пробы, подключенного к входу первой разделительной колонки и выполненного, например, в виде мембранного крана, отличающий с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности анализа, он снабжен подключенным к входу первой ячейки катарометра вторым дросселем, вход которого соединен с выходом первого дросселя через первый запорный клапан, а вход и выход первой разделительной колонки

соединены между собой через второй запорный клапан, при этом введен также дополнительный регулятор давления подключенный к выходу второй разделительной колонки, снабженной боковым штуцером, установленным на заданном расстоянии от входа этой колонки и связанным с переключателем потоков 2. Хроматограф по п. 1, о т л и чающийся тем, что вторая разделительная колонка выполнена из дву частей, соединенных муфтой с выполненными в ней центр шьным и перпендикулярным ему боковъм канал 1ми, при этом центральный канал заполнен сорбентом и отделен От бокрвого канала сетчатой перегородкой, укрепленной на боковом штуцере.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Лейбнитц Э. Руководство по газовой хроматографии. М., Мир, 1969, с.225.

2.Авторское свидетельство СССР 787985, кл. G 01 W 31/08, 1979

(прототип).