Способ приготовления смеси сжиженных углеводородных газов и устройство для его осуществления

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СМЕСИ СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Белорусский государственный институт метрологии(72) Авторы Ананьин Владимир Николаевич Мохнач Марина Владимировна Скакун Сергей Степанович Ключиц Александр Сергеевич(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Белорусский государственный институт метрологии(56) КОЛЛЕРОВ Д.К. Метрологические основы газоаналитических измерений. М., 1967. - С. 321.2022205 1, 1994.35393 1, 2004.1624239 1, 1991.680754, 1979.(57) 1. Способ приготовления смеси сжиженных углеводородных газов, включающий вакуумирование системы смешивания, дозирование компонента из каждого баллона с чистым сжиженным углеводородным газом в приемный баллон и определение количества дозируемого компонента весовым методом, отличающийся тем, что дозирование осуществляют непрерывно в жидкой фазе при давлении выше атмосферного и при температуре, равной или выше температуры приемного баллона, находящегося при комнатной температуре и непрерывно взвешиваемого на электронных весах, причем количество дозируемого компонента устанавливают по изменению веса приемного баллона до и после дозирования без демонтажа последнего. 15049 1 2011.10.30 2. Устройство для приготовления смеси сжиженных углеводородных газов, включающее распределительную систему с коллектором и запорными вентилями, баллоны с чистыми сжиженными углеводородными газами, приемный баллон для приготовления смеси сжиженных углеводородных газов и вакуумный насос для откачки всей системы, отличающееся тем, что содержит электронные весы, к платформе которых снизу с возможностью непрерывного взвешивания подвешен приемный баллон, присоединенный гибкой фторопластовой трубкой для дозирования компонентов к коллектору, включающему коммутирующие трубки из нержавеющей стали, соединенные между собой одним игольчатым вентилем тонкой регулировки и одним запорным вентилем вакуумного насоса,причем коллектор выполнен с возможностью поочередного присоединения каждого, расположенного вертикально запорным вентилем вниз и выше запорного вентиля приемного баллона, баллона с исходным углеводородным компонентом. Изобретение относится к метрологическому обеспечению газоаналитических измерений, а именно к приготовлению стандартных образцовсостава газов весовым методом, в частностисмесей сжиженных углеводородных газов. Известно устройство для приготовления газовой смеси весовым методом 1. Устройство включает в себя источники чистых газов, вакуум-насос, коллектор, запорную и измерительную аппаратуру, наполняемый баллон, подключенный к коллектору, параллельно баллону к коллектору подключена по крайней мере одна мерная капсула с вентилем до себя, при этом мерных капсул может быть несколько, а каждая мерная капсула может быть отсоединена от коллектора без нарушения герметичности устройства. Известен способ приготовления многокомпонентной газовой смеси 1. Способ включает в себя вакуумирование коллектора и присоединенной арматуры, а при необходимости вакуумирование мерных капсул и наполняемых баллонов, заправку газов в наполняемые баллоны и мерные капсулы, где после вакуумирования и заправки каждым газом одну мерную капсулу отсоединяют от устройства и взвешивают с точностью до 1 мг. Недостатком данного способа и устройства является то, что нельзя приготовить смесь сжиженных углеводородных газов. Наиболее близкими по технической сущности являются способ приготовления смесей сжиженных углеводородных газов и устройство для его осуществления (прототип) 2. Способ включает в себя вакуумирование системы смешивания, дозирование компонентов из баллонов с чистыми сжиженными углеводородными газами в приемный баллон и определение количества дозируемого компонента весовым методом. Устройство для осуществления способа включает в себя распределительную систему с запорными вентилями, баллоны с исходными сжиженными углеводородными газами,приемный баллон для приготовления смеси углеводородных сжиженных газов и вакуумный насос для откачки всей системы. Недостатками указанного способа и устройства (прототипа) являются недостаточные точность и производительность, обусловленные сложностью устройства и многостадийностью процесса, а также различием агрегатного состояния компонентов и разделением стадий дозирования и определения количества компонентов. Недостатки прототипа обусловлены следующими причинами 1. Дозирование компонента из баллона (бомбы с чистым углеводородом) происходит в газовой (паровой) фазе с последующей конденсацией в приемном баллоне путем вымораживания жидким азотом. Перенос массы за счет молекулярной диффузии компонентов происходит медленно, а понижение давления ниже атмосферного еще более замедляет его. 2. Дозирование происходит порциями по 0,5-3 дм 3 при давлении 300-100 мм рт. ст. При максимальном объеме мерной колбы 3 дм 3 величина дозы не превышает 0,1 моля 2 15049 1 2011.10.30 компонента. Для максимального объема приготавливаемого образца 50 см 3 (примерно 25 г) необходимо произвести не менее 10 дозирований, что требует примерно 8 ч без учета времени калибровки. Это лабораторные масштабы. 3. Состав смеси компонентов в баллоне для образца определяется косвенно по разности начального веса баллонов (бомб) с чистыми исходными углеводородными газами и веса их после дозирования с учетом поправок на вес сконденсированных остатков паров соответствующих компонентов в бомбе для вымораживания. Для шестикомпонентной смеси это будет результат 24 взвешиваний с монтажомдемонтажем и замораживанием-размораживанием баллонов, что приводит к значительной погрешности в установлении состава. К сложности и многоступенчатости калибровки установки, процесса приготовления смеси и расчетов ее состава необходимо добавить хрупкость стеклянной установки и опасность применения ртути и жидкого азота. Необходимость использования последнего существенно ограничивает применение способа и устройства. Задачей изобретения является повышение точности приготовления смеси сжиженных углеводородных газов, а также повышение производительности (увеличение единичного объема или количества , приготавливаемых за смену). Задача решается тем, что способ приготовления смеси сжиженных углеводородных газов, включающий вакуумирование системы смешивания, дозирование компонента из каждого баллона с чистым сжиженным углеводородным газом в приемный баллон и определение количества дозируемого компонента весовым методом, отличается тем, что дозирование осуществляют непрерывно в жидкой фазе при давлении выше атмосферного и при температуре, равной или выше температуры приемного баллона, находящегося при комнатной температуре и непрерывно взвешиваемого на электронных весах, причем количество дозируемого компонента устанавливают по изменению веса приемного баллона до и после дозирования без демонтажа последнего. Устройство для приготовления смеси сжиженных углеводородных газов, включающее распределительную систему с коллектором и запорными вентилями, баллоны с чистыми сжиженными углеводородными газами, приемный баллон для приготовления смеси сжиженных углеводородных газов и вакуумный насос для откачки всей системы, отличающееся тем, что содержит электронные весы, к платформе которых снизу с возможностью непрерывного взвешивания подвешен приемный баллон, присоединенный гибкой фторопластовой трубкой для дозирования компонентов к коллектору, включающему коммутирующие трубки из нержавеющей стали, соединенные между собой одним игольчатым вентилем тонкой регулировки и одним запорным вентилем вакуумного насоса, причем коллектор выполнен с возможностью поочередного присоединения каждого, расположенного вертикально запорным вентилем вниз и выше запорного вентиля приемного баллона,баллона с исходным углеводородным компонентом. На фигуре представлено предлагаемое устройство. Устройство содержит электронные весы 3, непрерывно взвешиваемый приемный баллон 4, подвешенный снизу к платформе электронных весов 3 и присоединенный гибкой фторопластовой трубкой 5 для дозирования компонентов к коллектору 2, состоящему из коммутирующих трубок из нержавеющей стали, соединенных между собой одним игольчатым вентилем тонкой регулировки 6 и одним запорным вентилем 7 вакуумного насоса 8, причем к коллектору 2 присоединен баллон с исходным углеводородным компонентом 1, расположенный вертикально запорным вентилем вниз, где запорный вентиль баллона с исходным углеводородным компонентом 1 находится выше запорного вентиля приемного баллона 4. Способ осуществляется следующим образом. Откачанный на вакуум до остаточного давления 20 Па приемный баллон (пробоотборник) 4 по ГОСТ 943 объемом 0,5-6 дм 3 и весом до 12 кг подвешивают снизу платфор 3 15049 1 2011.10.30 мы электронных весов 3 и присоединяют гибкой фторопластовой трубкой 5 длиной не менее 1 м к коллектору 2, включающему коммутирующие трубки из нержавеющей стали,игольчатый вентиль тонкой регулировки 6 и запорный вентиль 7 вакуумного насоса 8. К коллектору присоединяют баллон 1 объемом 4-12 дм 3 с исходным углеводородным компонентом. Баллон располагают вертикально запорным вентилем вниз. При этом запорный вентиль баллона 1 находится выше запорного вентиля баллона 4. Приемный баллон 4 находится при комнатной температуре, а подающий баллон 1 с исходным компонентом имеет ту же температуру или нагрет тем или иным способом выше температуры приемного баллона. При открытом вентиле 7 коллектор откачивают вакуумным насосом до остаточного давления 20 Па. Вентиль 7 закрывают, весы тарируют. Открывают запорные вентили баллонов 1, затем 4, вентилем точной регулировки 6 устанавливают расход от 0,1 до 3 г/мин жидкого углеводорода в приемный баллон. При достижении расчетного значения дозируемой массы первого компонента (по дисплею весов) запорные вентили баллонов 4, а затем 1 закрывают и откачивают коллектор вакуумным насосом при открытом вентиле 7. Окончательно устанавливают точную массу дозируемого компонента по дисплею весов. Аналогичным образом дозируют последующие компоненты смеси. Преимущества способа и устройства обусловлены следующим 1. Простота устройства. Заявляемое устройство не имеет ртути и стеклянных деталей. Коллектор состоит из коммутирующих трубок из нержавеющей стали, соединенных между собой одним игольчатым вентилем тонкой регулировки и одним запорным вентилем вакуумного насоса. 2. Дозирование углеводородов в установке по прототипу происходит в газовой (паровой) фазе при давлении ниже атмосферного. Поскольку количество однократной дозы компонента мало, необходимо проводить многократное (2-5 раз) дозирование каждого компонента для приготовления даже 50 см 3 смеси. По прототипу перемещение углеводородов из баллона с исходным чистым компонентом в приемный баллон со смесью происходит по механизму молекулярной диффузии при создании отрицательного градиента температуры путем охлаждения приемного баллона жидким азотом. По заявляемому способу перемещение компонента из исходного баллона с более высокой температурой, чем комнатная, в приемный баллон со смесью, находящейся при комнатной температуре, происходит переливанием жидкой фазы под влиянием разницы в давлении насыщенных паров и высоты столба жидкости. 3. Дозирование по заявляемому способу происходит в жидкой фазе при давлении насыщенных паров компонента, то есть при давлении выше атмосферного. Такой процесс переноса массы в сотни раз более эффективен, чем молекулярная диффузия, и позволяет за 8 ч приготовить 8-12-компонентный образец объемом до 5 дм 3, то есть установка примерно в 100 раз производительнее прототипа. 4. В прототипе масса дозируемого компонента устанавливается взвешиванием исходного баллона до и после дозирования. Причем баллон до начала дозирования монтируется, а по окончании демонтируется с установки. Кроме того, вводится поправка на остаточную массу паров углеводородного компонента, оставшегося в коллекторе и распределительной системе установки. Масса паров устанавливается по разнице веса демонтированного баллона для вымораживания с конденсированными остатками и веса после удаления паров из разогретого баллона форвакуумным насосом. Таким образом, масса одного компонента устанавливается в результате 4 взвешиваний и, соответственно, с 4-кратным суммированием ошибок взвешивания. В результате точность приготовления образца смесей сжиженных газов по прототипу не превышает 1 отн.2. По заявляемому способу масса одного компонента устанавливается однократным взвешиванием без демонтажа приемного баллона. Точность приготовления смеси зависит от объема приготавливаемого образца и точности используемых весов. Например, при ис 4 15049 1 2011.10.30 пользовании весов 22001 с дискретностью 0,1 г точность взвешивания при приготовлении пятикомпонентного образца (масса одного компонента 500 г) объемом 5 дм 3 составит 0,1 отн. . При использовании масс-компаратора КА 10-3/Р ( ) с разрешением 1 мг и СКО в режиме компарирования 2 мг точность взвешивания при приготовлении 50 см 3 пятикомпонентного образца (масса одного компонента 5 г) составит 0,2 отн. . Пример приготовления образца смеси сжиженных углеводородных газов по заявляемому способу и устройству приведен в таблице. Метрологические характеристики образца смеси сжиженных углеводородов объемом 5 дм 3, аттестованного весовым методом Аттестованное значение содер- Суммарная стандартная неопредеАттестуемый комжания компонента, массовая ленность аттестованного значения,понент доля,массовая доля,Метан 0,8 0,01 Этан 1,0 0,02 Пропан 28,3 0,10 Пропилен 17,5 0,08 Изобутан 12,1 0,05 Н-бутан 19,9 0,09 Бутен-1 6,8 0,06 Изобутен 5,6 0,06 Транс-2-бутен 3,6 0,03 Бутадиен-1,3 3,6 0,03 Изопентан 0,8 0,02 Из данных, представленных в таблице, следует, что точность приготовления смеси по четырем основным компонентам углеводородных сжиженных газов (пропан, пропилен,изобутан, н-бутан) не более 0,5 отн. . Источники информации 1.2022205 1, 1994. 2. Коллеров Д.К. Метрологические основы газоаналитических измерений. - М. Комитет стандартов, мер и измерительных приборов, 1967. - С. 321. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5