устройство для определения длины работающего слоя углеродного микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ

Классы МПК:G01N5/02 путем абсорбции или адсорбции компонентов материала и определения изменения веса абсорбента, например определение влагосодержания 
G01N9/36 анализ материалов путем измерения плотности или удельного веса, например определение влагосодержания
A62D3/00 Способы обезвреживания или уменьшения вредности химических отравляющих веществ путем их химического изменения
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия радиационной, химической и биологической защиты имени Маршала Советского Союза С.К. Тимошенко" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-12-07
публикация патента:

Изобретение относится к области исследований или анализа защитных свойств сорбентов, поглощающих пары органических веществ по принципу физической адсорбции, весовым способом. Устройство для определения длины работающего слоя углеродного микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ содержит круглый корпус, снабженный съемным основанием с выходным патрубком, на котором установлена гайка для крепления устройства на подставку, сверху корпус закрыт съемной крышкой с диффузором, снабженной входным патрубком для возможности подачи внутрь корпуса пара органического вещества. Внутри корпуса, по высоте, установлены пронумерованные чашечки с отверстиями, в которые послойно насыпан исследуемый сорбент с толщиной слоя 2 мм, а также уплотнительное кольцо для создания герметичности. Изобретение обеспечивает уменьшение времени на определение длины работающего слоя углеродного микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ. 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2516642

устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642

Изобретение относится к области исследований или анализа защитных свойств сорбентов, поглощающих пары органических веществ по принципу физической адсорбции, весовым способом.

Практика эксплуатации фильтрующих противогазов и фильтров поглотителей всегда связана с поглощением паров из паровоздушного потока, протекающего между зернами (гранулами) сорбента. Такие условия поглощения называются динамическими. Изучением процесса поглощения из потока газа-носителя средой, обладающей адсорбционной способностью, а также установлением зависимости этого процесса от различных факторов, занимается область науки, называемая динамикой адсорбции.

В современной противогазовой технике большой интерес представляет изучение процесса динамики адсорбции, т.е. перемещения и собственно поглощения паров органических веществ адсорбентами. Одной из основных задач при этом является установление зависимости распределения адсорбируемого вещества в адсорбирующей среде от его физико-химических свойств, пористой структуры сорбентов, а также условий поглощения.

Изучение динамики адсорбции паров органических веществ представляет большой интерес для противогазовой техники в связи с применением в современных средствах защиты тонкослойной шихты. В соответствии с известными закономерностями динамики поглощения паров в неподвижных слоях микропористых сорбентов формирование и перемещение фронта концентраций по слою сорбента происходит следующим образом. При подаче паровоздушной смеси в слой сорбента, некоторая концентрация паров (проскоковая) практически мгновенно за счет тока воздуха проникает на глубину слоя мгновенного проскока. При этом если длина слоя сорбента будет равна или меньше длины слоя мгновенного проскока, то шихта не будет обладать защитными свойствами.

Затем проскоковая концентрация адсорбтива начинает перемещаться по слою поглотителя с меняющейся скоростью, которая постепенно переходит в постоянную. При этом, длина слоя адсорбции при постоянных условиях процесса поглощения во времени увеличивается, а с определенного момента времени достигает предела и становится постоянной. Эта длина слоя адсорбции называется длиной работающего слоя сорбента. Постоянство длины работающего слоя свидетельствует о том, что все точки концентрационной волны, в том числе и проскоковая концентрация перемещаются в слое сорбента с постоянной скоростью.

Экспериментальные исследования динамики адсорбции паров органических веществ, как правило, сводятся к изучению выходных кривых (изоплан) или кривых перемещения концентраций по слою (изопикн).

Для этой цели используются лабораторные динамические приборы ДПЛ-5 и ДП-3, позволяющие создавать постоянные концентрации паров веществ и скорости паровоздушного потока, а также фиксировать проскок вещества за слой сорбента с помощью индикаторного раствора.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке приспособления к динамическим приборам ДПЛ-5 и ДП-3, позволяющего наиболее простым способом экспериментально определять длину работающего слоя микропористого сорбента при поглощении им паров органических веществ, и описании порядка работы с ним.

Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в:

возможности наиболее простым способом экспериментально определить длину работающего слоя микропористого сорбента при поглощении им паров органического вещества;

возможности расчета кинетического коэффициента поглощения паров органического вещества, по экспериментально определенной длине работающего слоя сорбента, что особенно актуально при выборе сорбентов с высокими поглощающими свойствами для средств защиты с тонкослойной шихтой;

повышении безопасности работы при проведении лабораторных исследований по оценке защитных свойств противогазовых сорбентов от паров органических веществ.

Поставленная задача решается тем следующим.

1. Разработано приспособление для экспериментального определения длины работающего слоя углеродного микропористого сорбента при поглощении им паров органического вещества.

2. Проведено практическое определение длины работающего слоя углеродного микропористого сорбента при поглощении им паров органических веществ с помощью приспособления и описан порядок работы на нем.

3. Проведена оценка возможности использования экспериментальных значений длины работающего слоя углеродного микропористого сорбента при поглощении им паров органического вещества для расчета его кинетического коэффициента поглощения на данном сорбенте.

Для определения длины работающего слоя углеродного микропористого сорбента предлагается приспособление, схема которого представлена на фиг.1.

Приспособление состоит из круглого корпуса (2), внутрь которого вставляются пронумерованные чашечки (5) с отверстиями, в которые послойно насыпается исследуемый сорбент (6) толщиной слоя 2 мм. Корпус (2) снизу закрывается основанием (1), имеющим выходной патрубок (9). С помощью гайки (4) основание приспособления крепится на подставке. Сверху приспособление закрывается крышкой с диффузором (3) и имеет входной патрубок (8). Для создания герметичности в приспособлении используется уплотнительное кольцо (7).

Сущность определения с помощью приспособления длины работающего слоя микропористого сорбента при поглощении им паров органического вещества состоит в расчете степени достижения сорбентом равновестного состояния устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642 n в каждой n-й чашечке (5), определении количества чашечек N с не полностью отработанным сорбентом и расчете длины работающего слоя сорбента L0 по формуле:

устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642

где L0 - длина работающего слоя микропористого сорбента (мм);

N - количество чашечек с не полностью отработанным сорбентом;

2 - толщина слоя сорбента в каждой чашечке (мм).

Степень достижения сорбентом равновесного состояния в n-й чашечке (5) устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642 n расчитывается по формуле:

устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642

где устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642 n - степень достижения сорбентом равновесного состояния в n-й чашечке;

An - величина адсорбции паров органического вещества на сорбенте в n-й чашечке (5) (мг/г);

Ap - величина равновесной адсорбции паров органического вещества на исследуемом сорбенте (мг/г).

Величина равновестной адсорбции A p (т.е. количество вещества, которое поглощает сорбент к моменту установления равновесия) паров органического вещества на исследуемом сорбенте определяется весовым способом в динамических условиях: при температуре воздуха 20°C, относительной влажности 10-25%, общем расходе паровоздушной смеси (воздуха) 3 л/мин, с помощью отдельной стеклянной динамической трубки диаметром 20 мм. Для определения величины равновесной адсорбции Ap необходимо:

- взвесить на аналитических весах стеклянную динамическую трубку диаметром 20 мм и определить ее массу с точностью до 0,5 мг mТР;

- исследуемый образец сорбента поместить в стеклянную динамическую трубку;

- вывести исследуемый образец сорбента на равновесную влажность с воздухом, для чего подать в динамическую трубку воздух с расходом 3 л/мин;

- взвесить стеклянную динамическую трубку с исследуемым сорбентом на аналитических весах и определить ее массу с точностью до 0,5 мг при отсутствии изменения в третьем знаке после запятой по результатам двух взвешиваний mТР,СБ;

- рассчитать массу mСБ исследуемого образца сорбента, равновесно увлажненного воздухом по формуле:

устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642

где mБС - масса исследуемого образца сорбента (мг);

mТР,СБ - масса динамической трубки с сорбентом (мг);

mТР - масса динамической трубки (мг);

- затем в трубку с исследуемым сорбентом подать пар органического вещества с известной (постоянной) концентрацией и расходом паровоздушного потока 3 л/мин;

- периодически взвешивать стеклянную динамическую трубку с исследуемым сорбентом на аналитических весах до прекращения колебания ее веса с точностью 0,5 мг и определить массу динамической трубки с поглощенным сорбентом органическим веществом mТР,СБ,ОВ ;

- рассчитать величину равновесной адсорбции Ap органического вещества на исследуемом сорбенте по формуле:

устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642

где Ap - величина равновесной адсорбции паров органического вещества на исследуемом сорбенте (мг/г).

mТР,СБ,ОВ - масса динамической трубки с сорбентом и поглощенным органическим веществом (мг);

mТР,СБ - масса динамической трубки с сорбентом (мг);

mСБ - масса сорбента (мг).

Для определения величины адсорбции паров органического вещества в каждой чашечке (5) An необходимо:

- взвесить приспособление на аналитических весах и найти его массу mПР с точностью до 0,1 мг;

- снять верхнюю крышку приспособления с диффузором (3);

- снять уплотнительное кольцо (7);

- вынуть чашечки (5) для сорбента, взвесить их на аналитических весах с точностью до 0,1 мг и найти массу каждой чашечки m1, m2 , m3 устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642 mn;

- насыпать в чашечки (5) исследуемый сорбент, уплотнить его и выровнять по бортам чашечек (при этом толщина слоя сорбента в чашечках будет составлять 2 мм);

- взвесить на аналитических весах чашечки (5) с сорбентом и найти массу каждой m1ЧС, m2ЧС , m3ЧС устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642 mnЧС с точностью до 0,1 мг;

- вычислить массу сорбента в каждой чашечке m, m, m устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642 m по формуле:

устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642

где m - масса сорбента в n-й чашечке (мг);

mnЧС - масса n-й чашечки с сорбентом (мг);

mn - масса n-й чашечки (мг);

- рассчитать общую массу сорбента m c, снаряженного в приспособлении, по сумме масс сорбента во всех чашечках;

- поместить чашечки (5) с сорбентом в корпус приспособления;

- установить уплотнительное кольцо (7);

- закрыть приспособление сверху крышкой (3);

- взвесить приспособление, снаряженное сорбентом, на аналитических весах с точностью до 0,1 мг и найти полную массу mПР,С;

- установить приспособление с помощью входного и выходного патрубков в динамический прибор (ДПЛ-5, ДП-3);

- включить компрессор и подавать в приспособление чистый воздух с постоянной влажностью до выхода сорбента на равновесную влажность;

- периодически взвешивать приспособление, снаряженное сорбентом, на аналитических весах до прекращения колебания массы mПР,С (погрешность ±0,1 мг);

- рассчитать массу равновесно увлажненного сорбента mус в приспособлении по формуле:

устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642

где mУС - масса равновесно увлажненного сорбента в приспособлении (мг);

mПР,С - масса приспособления с сорбентом (мг);

m ПР - масса приспособления (мг);

- рассчитать массу равновесно увлажненного сорбента в каждой чашечке m 1УС, m2УС, m3УС устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642 mnУС, по формуле:

устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642

где mnУС - масса равновесно увлажненного сорбента в n-й чашечке (мг);

m - масса сорбента в n-й чашечке (мг);

mУС - масса равновесно увлажненного сорбента в приспособлении (мг);

mС - общая масса сорбента, снаряженного в приспособлении (мг);

- рассчитать необходимое время подачи пара органического вещества в приспособление по формуле:

устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642

где устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642 - время подачи пара органического вещества в приспособление (мин);

Ap - величина равновесной адсорбции паров органического вещества на исследуемом сорбенте (мг/г);

mУС - масса равновесно увлажненного сорбента в приспособлении (г);

C - концентрация пара органического вещества (мг/л);

V - объемная скорость (расход) паровоздушного потока (л/мин);

- подавать в приспособление в течение времени, расчитанного по формуле (8), пар органического вещества;

прекратить подачу пара органического вещества, выключить компрессор, снять приспособление из прибора ДПЛ-5 или ДП-3;

- разобрать приспособление, взвесить каждую чашечку (5) с сорбентом и поглощенным органическим веществом на аналитических весах с точностью до 0,1 мг и определить их массы m1СОВ, m2СОВ, m3СОВ устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642 mnСОВ;

- рассчитать массу m nСОВ органического вещества, поглощенного сорбентом в каждой из чашечек по формуле:

устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642

где mnСОВ - масса n-й чашечки с сорбентом и поглощенным органическим веществом (мг);

mnУС - масса равновесно увлажненного сорбента в n-й чашечке (мг).

- все чашечки (5) с сорбентом, в которых не обнаружено увеличение массы за счет поглощения органического вещества (mnОВ=0), в дальнейших расчетах не учитывать;

- рассчитать величину адсорбции органического вещества, поглощенного сорбентом в каждой из чашечек A1, A 2, устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642 An по формуле:

устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642

где An - величина адсорбции органического вещества в n-й чашечке (мг/г);

m nОВ - масса органического вещества, поглощенного сорбентом в n-й чашечке (мг);

mnУС - масса равновесно увлажненного сорбента в n-й чашечке (мг);

- рассчитать степень достижения сорбентом равновесного состояния в каждой чашечке устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642 1, устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642 2, устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642 устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642 n по формуле (2);

- определить количество N чашечек с не полностью отработанным сорбентом, при условии устройство для определения длины работающего слоя углеродного   микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, патент № 2516642 n<0,95;

- рассчитать длину работающего слоя сорбента L0 по формуле (1).

По экспериментально определенному значению длины работающего слоя сорбента можно рассчитать среднее значение кинетического коэффициента поглощения им паров органического вещества, что позволяет выбирать для перспективных средств индивидуальной защиты органов дыхания сорбенты с наиболее высокими поглощающими свойствами.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для определения длины работающего слоя углеродного микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ, характеризующееся тем, что содержит круглый корпус, снабженный съемным основанием с выходным патрубком, на котором установлена гайка для крепления устройства на подставку, сверху корпус закрыт съемной крышкой с диффузором, снабженной входным патрубком для возможности подачи внутрь корпуса пара органического вещества, внутри корпуса, по высоте, установлены пронумерованные чашечки с отверстиями, в которые послойно насыпан исследуемый сорбент с толщиной слоя 2 мм, а также уплотнительное кольцо для создания герметичности.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2516642

patent-2516642.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс G01N5/02 путем абсорбции или адсорбции компонентов материала и определения изменения веса абсорбента, например определение влагосодержания 

Патенты РФ в классе G01N5/02:
способ оперативного определения влажности угольного пласта -  патент 2513465 (20.04.2014)
способ количественного определения различных фаз водонасыщенности горных пород методом термомассометрии -  патент 2488091 (20.07.2013)
способ измерения относительной влажности воздуха -  патент 2486498 (27.06.2013)
способ измерения влагосодержания трансформаторного масла -  патент 2447420 (10.04.2012)
способ измерения осаждения на субстрате -  патент 2426980 (20.08.2011)
устройство и способ для качественного и количественного определения химических соединений и биологических объектов -  патент 2327140 (20.06.2008)
способ измерения отложений загрязняющих веществ на анализируемом образце и устройство для его осуществления -  патент 2275616 (27.04.2006)
мультисенсорное устройство для определения качественных и количественных показателей табачных изделий -  патент 2266532 (20.12.2005)
сенсорная ячейка детектирования -  патент 2207539 (27.06.2003)
ячейка детектирования для анализа газовых фаз -  патент 2205393 (27.05.2003)

Класс G01N9/36 анализ материалов путем измерения плотности или удельного веса, например определение влагосодержания

Патенты РФ в классе G01N9/36:
способ непрерывного контроля средней влажности волокон в волоконной массе -  патент 2528043 (10.09.2014)
способ диагностики остеопороза, методом определения динамики закрытия полостных образований для оценки эффективности применения различных остеопротекторов -  патент 2511430 (10.04.2014)
способ определения коэффициента массопроводности пористых проницаемых материалов -  патент 2505796 (27.01.2014)
способ определения зольности горной массы -  патент 2486492 (27.06.2013)
устройство для определения объемных долей воды и нефти в отобранных пробах из потока продукции нефтяной скважины -  патент 2474808 (10.02.2013)
устройство для определения количества жидкости в пробе газа -  патент 2422804 (27.06.2011)
способ определения лигнина в целлюлозных полуфабрикатах -  патент 2405877 (10.12.2010)
способ определения обводненности продукции нефтяных скважин "охн++" -  патент 2396427 (10.08.2010)
устройство для определения содержания воды в жидких нефтепродуктах -  патент 2381483 (10.02.2010)
способ определения средней плотности связанной жидкости коллоидных и капиллярно-пористых тел -  патент 2380683 (27.01.2010)

Класс A62D3/00 Способы обезвреживания или уменьшения вредности химических отравляющих веществ путем их химического изменения

Патенты РФ в классе A62D3/00:
способ детоксикации грунта, загрязненного нефтью и нефтепродуктами -  патент 2528198 (10.09.2014)
способ обезвреживания органических отходов и нефти -  патент 2527238 (27.08.2014)
устройство для предупреждения и нейтрализации отравляющих веществ -  патент 2527079 (27.08.2014)
устройство оперативной дегазации участков аварийного торможения железнодорожного транспорта при проливе жидких опасных химических веществ -  патент 2526384 (20.08.2014)
способ очистки контейнеров жидкостных ракет после пуска от компонентов топлива -  патент 2509179 (10.03.2014)
способ получения реагента для очистки промышленных вод на основе торфа -  патент 2509060 (10.03.2014)
способ утилизации отравляющего хлорсодержащего вещества 2-(2-хлорбензилиден)малонодинитрила (cs) -  патент 2506978 (20.02.2014)
способ утилизации 1-дициан-2-(2-хлорфенил)этилена -  патент 2503474 (10.01.2014)
способ уничтожения сернистых ипритов -  патент 2497564 (10.11.2013)
способ и рецептура для нейтрализации токсичных химикатов и материалов -  патент 2495697 (20.10.2013)


Наверх