1.3. Аппаратура для дозування малих концентрацій токсичних газів і парів

Усі пристрої, призначені для контролю атмосферних забруднень, повинні бути відкалібровані по газоповітряним сумішам з відомими концентраціями компонентів, які досліджуються. Існуючі способи до­зування малих концентрацій газів і парів діляться на статичні і ди­намічні.

Звичайні газові мікродозатори

Найбільш простими дозаторами є звичайні одноходові скляні крани з прохідними каналами різного об’єму, які відповідають об’єму газа, що вводиться в балон. Об’єм канала визначають по різниці маси крана з порожнім каналом і каналом, який заповнений дистиль­ованою водою.

Вимитий сухий кран-дозатор приєднують до джерела отримання чистого газу, який вводиться в суміш і систему продувають 50 крат­ним його об’ємом. Після закінчення продування кран закривають і систему розбирають. Газ із відвідних труб крана видаляють, продуваючи повітря з допомогою гумової груші з скляним наконечником.

Підготов­лений кран-дозатор приєднують до попередньо частково вакуумованого балону, який використовують для приготування газової суміші. Газову суміш переводять в балон під дією струму повітря, який засмоктуєть­ся із атмосфери в вакуумовану посудину (рис.9.58)

Рис. 1.12. Звичайний газовий мікродозатор (схема переводу):

1─ Кран-дозатор; 2─ частково вакуумований балон місткістю 10л; 3─ пластинка для перемішування із фторопласта.

Проби газової суміші для аналізу відбирають аспіраційним методом. Для запобігання помилок, при визначенні об’єму газа, який пропус­кається через поглинальний пристрій, необхідно проводити відбір при однаковому і максимально можливому (по горло склянки) в вихідному об’ємі води в аспіраторі (рис.1.12). Воду після кожного досліду (зливу в вимірний ци­ліндр) заливають знову в склянку аспіратора. Такий засіб дає можли­вість створити безінерційну систему: барботаж газів в поглинальних посудинах починається відразу після випуска води із аспіратора.

Рис. 1.12. Простий газовий мікродазатор (схема поглинання) :

1─ Балон з газовою сумішшю; 2─ поглинальні посудини; 3─ аспіратор; 4 ─ регульований винтовий зажим; 5─ запорний винтовий зажим; 6─ мірний циліндр.

В процесі роботи виявлена залежність ефективності поглинання газів від діаметра отвора в барботажній трубці поглинальної посудини. Тому при порівняльних випробуваннях доцільно застосовувати одну й ту ж саму систему поглинальних посудин.

Дозатори з капілярними натікателями

Для динамічного дозування сумішей з малими концентраціями газів і парів рекомендуються дозатори з капілярними натікателями. Капіляри калібровані по кількості речовини, що витікає з капіляру за одиницю часу при даному тиску.

Установка для дозування парів (рис.1.13) складається з барботера 3, ємкістю 5-10 мл, товстостінного капіляра 2, гумового балона 7, в якому по­вітря стиснене, і моностата 8.

Рис. 1.13. Установка для дозування парів :

1─ поглинальний пристрій; 2 ─ капіляр; 3─ барботер з дозуємою рідиною; 4─ термостат; 5,6─ крани , що регулюють подачу повітря в маностат і барботер; 7─ гумовий балон; 8─ маностат.

Повітря із гумового балону подається при постійному тиску, який підтримується моностатом, в барботері з дозуємою рідиною, де насичується її парами і через капіляр поступає в потік повітря, який її розбавляє. Барботер розміщується в термостаті 4 з водою кімнатної температури.

Для визначення концентрацій парів, які виходять із капіляра, кінець капіляра віль­но вводять в трубку поглинального пристрою з розчином реактиву і протягують через нього повітря зі швид-кістю, допустимою для даного методу, за певний проміжок часу. Потім пробу, яку відібрали, аналізують.

При зміні глибини занурення трубки моностата в воду або діа­метру капіляру можна змінювати кількість речовини, що подається в поток повітря, який розбавляє речовину.

Для отримання потрібної концентрації встановлюють або необхідну швидкість повітря, яке роз­бавляє цю речовину, або, при заданій швидкості, кількість дозуємої речовини. В останньому випадку необхідна попередня калібровка капіляру аналітичним шляхом.

При дозуванні речовин, які мають під­вищенний тиск парів, замість подачі їх в потік під тиском, доцільно використо­вувати дозатор, дія якого базується на вільній дифузії парів через капіляр. Швидкість дифузії залежить від діаметра капіляра, його дов­жини, температури і коефіцієнта дифузії даної речовини.

Дифузійні дозатори парів

Дифузійний доза­тор (рис.1.14.) складається з корпуса 3, який являє собою трубку з боковим пат­рубком. До нижнього кінця корпусу впритул послідовно приєднані ка­піляр 2 (діаметр 0,01-1,00 мм) і маленька пробірка 1 з рідиною, яку дозують. До верхнього кінця ─ Г-подібний капіляр 4,

який обмежує витрату повітря до 2-5 мл/хв. До бокового патрубка корпуса приєднано гумовий

балон, в якому міститься стиснене повітря. Для підтримки постійної температури корпус занурено в посудину Дьюара з водою.

Па­ри рідини дифундують з пробірки через тонкий капіляр 2, корпус доза­тора і захоплені потоком повітря, який подається з повітря, вино­сяться через Г-подібний капіляр. Після цього приступають до визна­чення речовини, яка виходить з капіляру в одиницю часу і надходить в потік повітря. Знаючи кількість речовини, яка подається в потік повітря, розраховують об’ємну швидкість, що необхідна для розбав­лення парів до потрібної концентрації. Змінюючи температуру випаро­вування рідини або діаметр капіляра можна змінити концентрацію до­зуємих парів.

Дифузійні дозатори запропоновані також для дозування парів рідини (рис.1.15.). Дозуєму рідину заливають в скляний відкалібрований капіляр 1, який є одно­часно і дифузійною трубкою. В капіляр вводять вкладиш 2, який збіль­шує дифузійний опір в верхній частині чарунки. Чарунку вміщують в трубку з звуженням, через яку безперервно пропускають невеликий до­поміжний потік повітря, який виносить з дозатора пари рідини. Вит­рати повітря визначаються опором звуження і тиском на вході, який підтримується на одному рівні з допомогою маностату 6 і складає 1-10мл/хв. Конструкцію закріплюють в термостаті 5 з прозорими стінками.

Рис. 1.14. Дифузійний дозатор поток суміші пари-повітря:

1─пробірка з дозуємою рідиною; 2,4 ─капіляри; 3 ─корпус дозатора.

Рис. 1.15. Дифузійний дозатор парів:

1─капіляр; 2 ─вкладиш; 3 ─дозуєма рідина; 4 ─корпус дозатора;

5 ─термостат; 6 ─маностат; 7 ─фторопластова трубка; 8─проникна ампула.

Дозатор потоку суміші газ-повітря.

Для дозування газів використовують пристрій (рис. 9.63), який складається з пляшки 3 ємкістю 20 л з дуже розбавленим дозуємим газом; гумового балона, що містить стиснене повітря; моностата 4 і капіляра 2.

Дозуємий газ з пляшки подається в розбавляючий потік стисненим повітрям з балону під постійним тиском, який підтримується маностатом. До від­відної трубки пляшки приєднано скляний капіляр, який обмежує витра­ту газа до декількох мл/хв.

Рис. 1.15. Дозатор потока суміші газ - повітря :

1─ поглинальний пристрій; 2─ капіляр; 3─ бутиль з дозуємим газом.

Схема пристрою для приготування стандартних газових сумішей

Запропоновано швидкий і простий спосіб приготування газових сумішей. Пристрій складається зі скляних шприців 1- 4 з поділками і футбольної камери 8 (рис. 1.16). Суміш готують таким чином: евакуюють гребінку і камеру, закривають кран і заповнюють трубки гребінки одним із компонентів, потім закривають крани 5 і 9, відкривають кран 6 і вводять шприцями основні компоненти. Суміш розмішують, стискаючи гу­мову чи пластмасову камеру руками. Дуже малі об’єми компонентів вводять в камеру шляхом проколу мембрани 7, проби для аналізу від­бирають через цю ж мембрану. Щоб калібровочні суміші відповідали концентраціям речовин, які містяться в виробничому повітрі, потріб­но прибігати до їх поступового розбавлення.

Пристрій для приготування калібровочних сумішей

Для приготування модельних сумішей парів органічних речовин в повітрі використовують властивість силіконової гуми пропускати пари органічних речовин з різною швидкістю, яка пропорційна поверхні гумової трубки і обернено пропорційна товщині її стінок. Довжину і діаметр силіконової трубки (рис.1.17) підбирають дослідним шляхом. Витрати ор­ганічної речовини встановлюють по зменшенню маси, яка заповнює си­ліконову трубку. Швидкість дифузії парів через силіконову резину залежить від температури, тому пристрій повинен знаходитись в тер­мостаті.

Проникні трубки

В зарубіжній практиці для калібровки приладів, які вимірюють забруднення повітряного середо-вища, використовують динамічний метод розбавлення, в якому використовують проникні трубки. Циліндр з про­никного матеріалу (тефлону) частково заповнюють потрібною речовиною в рідкому стані і герметично закривають обидва кінці. Швидкість емісії газу з трубки залежить від різниці

тисків речовини всередені і зовні трубки. Цей парціальний тиск зовні трубки прямує до нуля, ко­ли її обтікає потік повітря. В ідеальному випадку тиск в трубці буде залежати тільки від температури. Швидкість емісії газу можна визна­чити, якщо зважити трубку до і після використання або, якщо змінити об’єм газу, що вийшов з трубки, як функцію часу.

Рис. 1.16. Схема установки для приготування стандартних газових сумішей :

1,2─ шприці «Рекорд» на 10 і 30 мл; 3,4 ─скляні шприці на 100 і 250 мл; 5, 6, 9 ─крани; 7 ─мембрана для вводу газів і відбіра проб; 8 ─футбольна камера.

Рис. 1.17. Пристрій для приготування калібровочних сумішей:

1─резервуар для речовини; 2 ─шліф; 3 ─силіконова трубка з леткою органічною речовиною; 4 ─пробка з силіконової гуми; 5 ─муфта для потоку повітря.

Повітряний потік, з відомою концентрацією речовини, можна буде отримати при перепуску повітря з певною швидкістю над проникною трубкою при заданій темпе­ратурі в системі зображеній на рис.1.18. Концентрацію речовини можна змінювати при зміні швидкості потоку чистого повітря, температури проникної трубки або зміні розмірів і форми.

Рис. 1.18. Схема приготування газової суміші відомої концентрації з використанням проникної трубки:

1─ витратомір; 2─ термостат; 3─ термометр; 4─ проникна трубка.