Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 26)

Рис. 10. Схема газового редуктора. 1 – манометр высокого давления; 2 – вход газа высокого давления; 3 – клапан; 4 – мембрана; 5 – пружина; 6 – регулировочный винт; 7 – камера газа низкого давления; 8 – манометр низкого давления; 9 – выход газа низкого давления. Если регулировочный винт выкручен, то редуктор закрыт. При вкручивании регулировочного винта на выходе редуктора задаётся нужное давление

Газ высокого давления, измеряемого манометром 1, поступает на вход 2. При вкручивании регулировочного винта 6 создаваемое усилие передается через пружину 5 и мембрану 4 на клапан 3, который приоткрывается и начинает пропускать газ в камеру низкого давления 7. Это давление измеряется манометром 8 и попадает на выход газа низкого давления 9. Газ, попавший в камеру 7, давит на мембрану, что приводит к смещению клапана 3 в положение «закрыто», если выход газа низкого давления перекрыт. Если на выходе редуктора установлен регулятор расхода газа, то система «пружина–мембрана–клапан» поддерживает постоянное заданное давление на выходе редуктора. По этой причине такой редуктор иногда называют «редуктор после себя». Обратите внимание, что редуктор, в отличие от вентиля, открывается при вращении регулировочного винта по часовой стрелке.

Импульсные дозаторы газа (ИДГ)

Простейшими регуляторами расхода газа РРГ являются вентили разной конструкции, но в настоящее время они используются лишь в составе более сложных регуляторов. Наиболее распространённый тип РРГ – это масс-флоу-контроллер, описанный в лабораторной работе ГХ-1. В данной работе применяются РРГ оригинальной конструкции, использующие принцип ШИМ – широкой импульсной модуляции, называемые импульсными дозаторами газа ИДГ (рис. 11).

Рис. 11. Схема ИДГ: 1 – регулятор давления «после себя»; 2 – прерыватель потока; 3 – нерегулируемый дроссель; 4 – регулятор давления «до себя»

Дозируемый газ поступает из баллона через редуктор давления на вход ИДГ, который состоит из четырёх основных элементов: 1 – регулятора давления «после себя» (его функция ясна из названия, а устройство аналогично устройству редуктора); 2 – прерывателя потока, который имеет два положения: открыто и закрыто; 3 – пневматического сопротивления (нерегулируемого дросселя), который представляет собой трубку, заполненную мелкими стеклянными шариками; 4 – регулятора давления «до себя». Задача последнего – поддерживать давление в точке В ниже, чем в точке А, на заданную величину. По капилляру А–С, показанному пунктиром, передаётся только давление используемое для управления элементом 4, а поток газа не идёт.

При периодическом переключении прерывателя потока между положениями «открыто» и «закрыто» на выходе ШИМ-РРГ возникает пульсирующий поток газа, вид которого показан на рис. 12. Период следования импульсов равен 2 с, длительность импульсов, в данном примере – 1,33 с. Скорость усреднённого по времени потока газа на выходе ИДГ определяется долей периода, в течение которого регулятор открыт, или, иначе говоря, отношением длительности импульса к периоду следования импульсов. Сглаживание пульсаций давления и смешение потоков от трёх ИДГ происходит в блоке СМ-СТ (см. рис. 1).

Рис. 12. Вид газового потока на выходе регулятора ШИМ-РРГ

На следующих рисунках схема установки, приведённая ранее на рис. 1, показана несколько более детально (рис. 13а,б,в). По этой схеме можно проследить, как работает коммутатор потоков КП.

Блок КП включает четыре элемента: кран Кр-1, нерегулируемый дроссель Др2, кран Кр-2 и дозирующую петлю «Доза». Положение крана Кр-1 на рис. 13а соответствует выбору для анализа КРС, кран КР-2 показан в положении «отбор дозы». Основной поток КРС идёт на сброс, небольшая часть КРС через кран Кр-1 и дроссель Др2 продувает дозирующую петлю «Доза».

Положение крана Кр-1 на рис. 13б соответствует выбору для анализа ИРС, кран КР-2 показан в положении «отбор дозы». Основной поток ИРС идёт на блок проточного реактора БПР, небольшая часть ИРС через кран Кр-1 и дроссель Др2 продувает дозирующую петлю «Доза».

Положение крана Кр-2 «отбор дозы» является вспомогательным. Через 10–15 секунд кран Кр-2 переходит в нормальное положение «анализ дозы» (рис. 13в). При этом содержимое петли «Доза» переносится потоком гелия в хроматографическую колонку ХК. Вспомогательные потоки ИРС и КРС перекрыты.

Переключение кранов в альтернативное положение отображается на схеме, как перемена мест затемнённой и светлой половинок кранов.

Рис. 13а. РРГ-1 – регулятор расхода газа (гелия) для питания хроматографа; ИДГ-1,2,3 – импульсные дозаторы газов; СТ-СМ – блок смешения/стабилизации потоков; ИРС/(КРС) – исходная/(конечная) реакционная смесь; БПР – блок проточного реактора; Кр-1 – кран для выбора анализируемой смеси (ИРС/КРС); Др-1 и Др-2 – нерегулируемые дроссели; Кр-2 – кран для ввода дозы; Доза – дозирующая петля; ХК – хроматографическая колонка; ДТП – детектор по теплопроводности.

Кран Кр-1 показан в положении «анализ КРС», кран КР-2 – в положении «отбор дозы»

Рис. 13б. Кран Кр-1 показан в положении «анализ ИРС»,

кран КР-2 – в положении «отбор дозы»

Рис. 13в. Кран Кр-1 показан в положении «анализ ИРС»,

кран КР-2 – в положении «анализ дозы»

На рис. 6 и рис. 13 показаны две водяные ловушки. Через ловушку, расположенную слева на передней панели установки и показанную в нижней части рис. 13, сбрасывается поток КРС. Помимо того, что эта ловушка служит индикатором наличия и интенсивности потока газовой смеси, она является стабилизатором давления в реакторе БПР. Капилляр, опущенный в эту ловушку, должен быть погружен почти до самого дна.

Вторая ловушка, расположенная справа на передней панели установки служит индикатором наличия потока при отборе пробы. Капилляр, опущенный в эту ловушку, должен быть погружен на глубину около 5 мм.

Приложение 8.1.

Реакция в открытой системе при постоянном давлении

Используются следующие обозначения.

Реактор полного смешения

Рассмотрим несколько примеров, начиная с наиболее простых.

Пример 1. Реакция первого порядка без изменения общего числа частиц А  В.

Для реакции в закрытой системе кинетическое уравнение имеет вид

(8.1)

Если реакция протекает в открытой системе в проточном реакторе полного смешения, то в уравнение необходимо добавить слагаемые, описывающие изменение концентрации вещества за счёт его втекания и вытекания:

Поскольку для реакции без изменения числа частиц u = u₀, в стационарном состоянии получаем соотношение

из которого легко найти стационарную концентрацию С_А. В данном примере при протекании реакции не происходит изменения объёма. Поэтому степень превращения х может быть найдена как

Пример 2. Реакция второго порядка без изменения числа частиц 2А  C + D.

В стационарном состоянии те же соображения приводят к уравнению

.

Пример 3. Реакция c изменением числа частиц.

Рассмотрим общий случай, когда реакция произвольного порядка, в которой реагентом является вещество А, протекает в реакторе полного смешения и число частиц не остаётся постоянным. При этом u u₀ и , поскольку концентрация реагента изменяется не только из-за его расходования, но и из-за разбавления продуктами реакции. Оказывается, что в этих условиях более простые соотношения получаются не для концентраций, а для потоков частиц на входе и выходе химического реактора.

В закрытой системе скорость любой химической реакции по определению равна

(8.2)

Характеристики

Список файлов лабораторной работы