CC BY
11УДК 54.062
Аббасова С.М. старший преподаватель, кафедра «Прибор инженерии», Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности,
Баку, Азербайджанская Республика Ибрагимова А.Э.
доцент,
кафедра «Прибор инженерии», Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности,
Баку, Азербайджанская Республика Керимова М.И. ассистент,
кафедра «Прибор инженерии», Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности,
Баку, Азербайджанская Республика
Abbasova S.M. Senior Teacher, Department of "Device Engineering", Azerbaijan State Oil and Industry University, Baku, Respublic of Azerbaijan Ibragimova A.E.
Associate Professor, Doctor of Philosophy in Technical Sciences,
Department of "Device Engineering", Azerbaijan State Oil and Industry University, Baku, Respublic of Azerbaijan Kerimova M.I.
Assistant, Doctor of Philosophy in Technical Sciences, Department of "Device Engineering", Azerbaijan State Oil and Industry University, Baku, Respublic of Azerbaijan E-mail: mkerimova1971@rambler.ru
Способ определения концентраций этилена, пропилена и бутилена во многокомпонентных газовых смесях The method for determining the concentrations of ethylene, propylene and butylene in
multicomponent gas mixtures
Аннотация: Известен хроматографический метод анализа определения олефинов, в том числе этилена, пропилена и бутилена. Учитывая то, что этот метод занимает много времени и выдает информацию об анализируемой смеси дискретно, была поставлена задача о сокращении времени анализа и о непрерывном получении информации. В статье показана возможность применения термохимического озонолизного метода с предварительным разделением компонентов газовой смеси, основанное на явлении диффузии для непрерывного контроля концентрации этилена, пропилена и бутилена в многокомпонентных газовых смесях.
Abstract: Known chromatographic analysis method determining olefins, including ethylene, propylene and butylene. Given that this method is time consuming and provides information about the sample mixture was tasked discretely on the reduction of analysis time and continuously receiving information. The article shows the possibility of applying the method of thermochemical ozonolysis preliminary separation of gas mixture components based on the phenomenon of diffusion for continuous monitoring of the concentration of ethylene, propylene and butylene in the multicomponent gas mixtures.
Ключевые слова: реакция озонолиза; олефин; диффузия; тепловой эффект; термохимический преобразователь; термоэлектрический преобразователь.
Keywords: ozonolysis reaction; olefin; diffusion; thermal effect; thermochemical converter; thermoelectric converter.
Введение. В основу озонолизного термохимического метода контроля концентраций положен тепловой эффект, сопровождающий реакцию взаимодействия озона с индивидуальными олефинами [2]. Реакция озонолиза подчиняется бимолекулярному закону, а константы скорости реакции озона с индивидуальными олефинами колеблются в интервале
(0,8-450) 103 л/мольс.
Стехиометрия реакции озонолиза в условиях, исключающих протекание вторичных реакций, составляет 1 моль озона на 1 моль олефина. В результате реакции разрушается двойная связь между атомами углерода и выделяется
количество теплоты, равное 420 ^Дж/моль, образовавшаяся теплота расходуется на нагревание продуктов реакции. Измерение температуры последних позволяет получить информацию о концентрации олефинов во многокомпонентных газовых смесях [3]. При этом измерение концентрации данного олефина возможно только в том случае, если многокомпонентная смесь не содержит других газов, вступающих в реакцию с озоном.
Исследования и обсуждения. В предлагаемом методе для определения концентраций этилена, пропилена и бутилена во многокомпонентных газовых смесях используются три термохимических первичных измерительных преобразователя и две диффузионные камеры.
На рис. 1 показана блок-схема экспериментального стенда. Анализируемая газовая смесь подается через делитель в термохимический первичный измерительный преобразователь 1 и диффузионную ячейку. 2. Затем из диффузионной ячейки 2 продиффундирующие компоненты поступают через делитель в термохимический первичный измерительный преобразователь 3 и диффузионную ячейку 4, из которой продиффундирующие компоненты поступают в термохимический первичный измерительный преобразователь 5.
В результате термохимических реакций озонолиза в термохимических первичных измерительных преобразователях выделяется теплота и с помощью термоэлектрических преобразователей температура преобразуется в термо-ЭДС, которые поступают в измерительные устройства (потенциометры) 6, 7, 8 [4] и на вычислительные устройства.
Рисунок 1
— Блок-схема экспериментального стенда:
1, 3, 5 - термохимические первичные измерительные преобразователи; 2, 4 -диффузионные камеры; 6, 7, 8 - измерительные устройства
Схема термохимического первичного измерительного преобразователя показана на рис. 2 [5]. Преобразователь представляет собой цилиндрический корпус. В камеру 1 через штуцеры 2 и 3 подаются соответственно потоки газа-носителя и озонсодержащего газа. В поток газа-носителя периодически вводится постоянная по объему проба анализируемого вещества. Последняя транспортируется газом-носителем в корпус 1, где происходит реакция олефина, содержащегося в анализируемой смеси с озоном, который поступает с потоком озонсодержащего газа. Тепловой эффект реакции измеряется батареей термоэлектрических преобразователей 4. Продукты реакции удаляются через штуцер 5.
На рис. 3 показаны зависимости амплитуды сигнала первичного измерительного преобразователя от концентрации отдельных олефинов [1].
Выходные сигналы термохимических преобразователей используются для получения измерительной информации о концентрациях этилена, пропилена и бутилена на основе решения системы уравнения вида:
и = к [с1 Ч к 2с2)+ к 3с3
и = к 1С1 + к'2с 2 Ч- к¡сз (1)
1 "' 1 "' 1 "' и = к' с1 + к 2 с2 Ч к з сз
1 = Сн + С1 + с2 + с3 где и1, и2, и3 — сигналы первичных термохимических измерительных преобразователей; с1г с2, с3 — измеряемые объемные концентрации этилена, пропилена и бутилена; сн — объемная суммарная концентрация неопределяемых компонентов в анализируемой газовой смеси;
— постоянные коэффициенты, зависящие от конструкции и режимов работы термохимических первичных измерительных преобразователей молекулярной массы олефинов и режима диффузионного процесса.
сброс
Рисунок 2 — Схема термохимического первичного измерительного преобразователя: 1 — камера; 2, 3, 5 — штуцеры; 4 — термоэлектрический преобразователь
0,1 02 0:3
Рисунок 3 — Зависимость сигнала термохимического измерительного преобразователя
от концентрации
Апробация методов решения задачи. Решение указанной системы дифференциальных уравнений для любого из анализируемых компонентов, например, для первого, имеет вид:
с±=А ;и±+А 2и2+А 3и3 + В' (2)
где А А 2, А з — постоянные коэффициенты, определяемые при решении системы уравнений; В — постоянная величина.
Решение уравнения вида (2) с помощью вычислительного устройства для каждого компонента позволяет получить информацию о концентрациях
этилена, пропилена и бутилена во многокомпонентной газовой смеси. Таким образом, прибор реализует совокупное измерение, при котором для получения нетождественных уравнений в системе (1) используются различия в коэффициентах диффузии олефинов через диффузионный барьер.
Вывод. Определение концентраций олефинов во многокомпонентных газовых смесях основан на измерении теплового эффекта реакции озонолиза, происходящей в термохимическом первичном измерительном преобразователе. В результате проведенных исследований было установлено, что термохимический озонолизный метод позволяет получать непрерывную информацию за промежуток времени значительно меньший и путем более простым, чем известные аналогичные по назначению методы анализа. Измерение температуры в процессе взаимодействия озона с анализируемой газовой смесью в сочетании с процессом диффузии через пористые барьеры, может быть положено в основу работы анализатора этилена, пропилена и бутилена в анализируемых газовых смесях. Указанный метод может быть применен для автоматического контроля концентраций олефинов на технологических потоках предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.
Список литературы
1. Никифоров Ю.В. и др. Диффузия и адсорбция газов и паров в инженерных задачах. — М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, — 2017.
2. Разумовский С.Д., Заиков Г.Е. Озон и его реакции с органическими соединениями. — М.: Наука, — 1974.
3. Фарзане Н.Г., Султанов Р.Ф. Исследования озоно-окислительного термохимического детектора // Журнал аналитической химии. — №7, — 2004.
4. Фарзане Н.Г., Султанов Р.Ф., Аббасова С.М. Взаимодействие углеводородов с озоном в тепловом поле // Азербайджанский химический журнал, — №2, — 2002.
5. Pat. Î20070080 Az.R. Termokimyavi detektor / Farzana N.H., Sultanov R.F., Abbasova S.M., 2007.
