ES2456775A1 - Device for multi-component gas and/or vapour sorption - Google Patents
Device for multi-component gas and/or vapour sorption Download PDFInfo
- Publication number
- ES2456775A1 ES2456775A1 ES201200904A ES201200904A ES2456775A1 ES 2456775 A1 ES2456775 A1 ES 2456775A1 ES 201200904 A ES201200904 A ES 201200904A ES 201200904 A ES201200904 A ES 201200904A ES 2456775 A1 ES2456775 A1 ES 2456775A1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- cell
- analysis
- gas
- expansion
- valve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 183
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 41
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 70
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 5
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 4
- 230000009089 cytolysis Effects 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 158
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 3
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
- G01N2015/0866—Sorption
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Description
EQUIPO DE SORCIÓN DE GASES Y/O VAPORES MUL TI-COMPONENTE MUL TI-COMPONENT GAS AND / OR VAPOR SORTION EQUIPMENT
La presente invención se refiere a un equipo para la medida de isotermas de sorción (adsorción-desorción) de gases y/o vapores multi-componente, obteniendo simultáneamente la isoterma de adsorción total y cada una de las isotermas de los diferentes compuestos que forman el gas y/o vapor a analizar. The present invention relates to an equipment for the measurement of sorption isotherms (adsorption-desorption) of multi-component gases and / or vapors, simultaneously obtaining the total adsorption isotherm and each of the isotherms of the different compounds that form the gas and / or steam to analyze.
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
STATE OF THE PREVIOUS TECHNIQUE
El interés de realizar isotermas de sorción de gases y/o vapores multi-componente surge, no sólo desde un punto de vista fundamental del estudio de la adsorción competitiva entre diferentes gases, sino también, desde un punto de vista aplicado a la utilización de sólidos porosos como sistema de captura, almacenamiento y separación de mezclas de gases y vapores. El interés en la obtención de resultados de adsorción multicomponente puede observarse en el alto número de publicaciones científicas que tratan sobre adsorción, almacenamiento de gases, separación de gases, etc. Los equipos de caracterización de materiales mediante adsorción utilizando gases puros son ampliamente conocidos y objeto de numerosas patentes como se describe, por ejemplo, en los documentos US3850040, U S4566326 , US4972730 o GB2161607. Sin embargo, actualmente no se conocen equipos que trabajen con gases y vapores formados por mezclas multi-componente que sean capaces de obtener, de forma precisa, la isoterma de adsorción total y las isotermas de adsorción individuales de cada uno de los componentes que forman el gas o el vapor compuesto de forma simultánea. Del estado de la técnica solo se conoce un equipo que es capaz de realizar las isotermas de una mezcla pero solo permite
trabajar con mezclas con dos componentes con pesos moleculares bien diferenciados.
The interest of performing gas sorption isotherms and / or multi-component vapors arises, not only from a fundamental point of view of the study of competitive adsorption between different gases, but also, from a point of view applied to the use of solids porous as a capture, storage and separation system for mixtures of gases and vapors. The interest in obtaining multicomponent adsorption results can be observed in the high number of scientific publications dealing with adsorption, gas storage, gas separation, etc. Material characterization equipment by adsorption using pure gases are widely known and subject to numerous patents as described, for example, in US3850040, U S4566326, US4972730 or GB2161607. However, there is currently no known equipment that works with gases and vapors formed by multi-component mixtures that are capable of accurately obtaining the total adsorption isotherm and the individual adsorption isotherms of each of the components that make up the gas or compound vapor simultaneously. Only one team is known from the state of the art that is capable of performing the isotherms of a mixture but only allows
work with mixtures with two components with well differentiated molecular weights.
Para obtener los resultados mencionados, actualmente deben realizarse las isotermas de adsorción mediante el uso de gases puros, para cada uno de los componentes que forman la mezcla real a estudiar y, posteriormente,
mediante el uso de diferentes teorías de adsorción de mezclas, calcular cómo se comporta el adsorbente sobre una determinada mezcla de dichos componentes. Con los equipos actuales puede realizarse un estudio de adsorción con una mezcla de gases pero solo se puede obtener la isoterma de adsorción total, sin poder discernir qué componentes se han adsorbido, cuales no y en qué proporción. In order to obtain the mentioned results, the adsorption isotherms must be carried out by means of the use of pure gases, for each of the components that form the real mixture to be studied and, subsequently,
by using different theories of adsorption of mixtures, calculate how the adsorbent behaves on a particular mixture of said components. With the current equipment an adsorption study can be carried out with a mixture of gases but only the total adsorption isotherm can be obtained, without being able to discern which components have been adsorbed, which have not and in what proportion.
Además de requerir un gran esfuerzo para realizar cada uno de los análisis para cada uno de los componentes que forman la mezcla de gases, esfuerzo que crece con el número de componentes que forman la mezcla, los resultados calculados a partir de los resultados obtenidos para cada componente individual raramente son acertados, puesto que los sólidos porosos prácticamente nunca retienen los diferentes compuestos de forma equitativa, sino que suele producirse una adsorción competitiva entre los diferentes compuestos que forman la mezcla de gases. Por este mismo motivo, también resulta muy interesante poder realizar análisis de adsorción utilizando mezclas de gases y obtener tanto la isoterma total como la isoterma individual de cada uno de los componentes utilizando una determinada mezcla de gases y/o vapores, ya que de esta manera se puede conocer la competencia de una determinada mezcla real en el proceso de adsorción. In addition to requiring great effort to perform each of the analyzes for each of the components that form the gas mixture, effort that grows with the number of components that form the mixture, the results calculated from the results obtained for each Individual components are rarely successful, since porous solids practically never retain the different compounds in an equitable manner, but a competitive adsorption usually occurs between the different compounds that form the gas mixture. For this same reason, it is also very interesting to be able to perform adsorption analysis using gas mixtures and obtain both the total isotherm and the individual isotherm of each of the components using a certain mixture of gases and / or vapors, since in this way the competence of a certain real mixture in the adsorption process can be known.
EXPLICACiÓN DE LA INVENCiÓN EXPLANATION OF THE INVENTION
La presente invención se refiere a un equipo para la medida de isotermas de sorción (adsorción-desorción) de gases y/o vapores multi-componente, obteniendo simultáneamente la isoterma de adsorción total y cada una de las isotermas de los diferentes compuestos que forman el gas y/o vapor a analizar. Este equipo puede aplicarse a cualquier mezcla de gases y/o vapores, con ilimitado número de componentes y en cualquier intervalo de presiones y temperaturas. The present invention relates to an equipment for the measurement of sorption isotherms (adsorption-desorption) of multi-component gases and / or vapors, simultaneously obtaining the total adsorption isotherm and each of the isotherms of the different compounds that form the gas and / or steam to analyze. This equipment can be applied to any mixture of gases and / or vapors, with unlimited number of components and in any range of pressures and temperatures.
Para poder obtener simultáneamente las isotermas de adsorción total de una mezcla multi-componente de gases y/o vapores y las isotermas de adsorción individuales de cada uno de los componentes que forman la mezcla, en las condiciones de composición en la que se encuentra, se realiza una modificación de los equipos de adsorción convencionales para gases puros, añadiendo al conjunto un sistema de extracción de una parte del gas/vapor multi-componente en equilibrio con la muestra objeto de análisis. La cantidad total de gas extraído así como la cantidad de cada uno de los componentes en la mezcla extraída se puede determinar con gran precisión conectando dicho gas a un sistema de análisis de la composición. In order to simultaneously obtain the total adsorption isotherms of a multi-component mixture of gases and / or vapors and the individual adsorption isotherms of each of the components that form the mixture, under the conditions of composition in which it is found, carries out a modification of the conventional adsorption equipment for pure gases, adding to the set a system for extracting a part of the multi-component gas / vapor in equilibrium with the sample under analysis. The total amount of gas extracted as well as the amount of each of the components in the extracted mixture can be determined with great precision by connecting said gas to a composition analysis system.
Así pues, el equipo de la presente invención comprende un distribuidor, al menos un sensor de presión en el distribuidor, al menos una celda de análisis en el interior de la que se aloja la muestra objeto de análisis, que incorpora al menos un sensor de presión de la celda de análisis. El distribuidor y la celda de análisis están unidos mediante unas conducciones a través de una válvula de celda de análisis. El distribuidor puede tener una entrada de gas de análisis que tiene una válvula de entrada del gas y/o vapor a analizar, tiene una entrada de gas de calibrado unida a través de una válvula de gas de calibrado y tiene una línea de vacío unida al distribuidor a través de una válvula de purga. El sistema de extracción está conectado a la celda de análisis. La celda de análisis en la que está la muestra objeto de análisis se conecta mediante una válvula de expansión al sistema de extracción. Este sistema de extracción permite extraer una parte del gaslvapor multi-componente en equilibrio con la muestra objeto de análisis. Thus, the equipment of the present invention comprises a distributor, at least one pressure sensor in the distributor, at least one analysis cell inside which the sample under analysis is housed, which incorporates at least one sensor of pressure of the analysis cell. The distributor and the analysis cell are connected by means of conduits through an analysis cell valve. The distributor may have an analysis gas inlet that has a gas and / or steam inlet valve to be analyzed, has a calibration gas inlet connected through a calibration gas valve and has a vacuum line attached to the distributor through a purge valve. The extraction system is connected to the analysis cell. The analysis cell in which the sample under analysis is connected is connected via an expansion valve to the extraction system. This extraction system allows a part of the multi-component gaslva to be extracted in equilibrium with the sample under analysis.
En una primera realización de la invención, el sistema de extracción comprende al menos una celda de In a first embodiment of the invention, the extraction system comprises at least one cell of
5 expansión de volumen conocido que se une mediante la válvula de expansión a la celda de análisis. Dicha celda de expansión puede comprender un sensor de presión de la celda expansión y está conectada a una linea de vacío mediante una válvula de vacío y está conectada también a una válvula de análisis de composición para conectarla con un sistema de análisis de composición 5 known volume expansion that joins through the expansion valve to the analysis cell. Said expansion cell may comprise a pressure sensor of the expansion cell and is connected to a vacuum line by means of a vacuum valve and is also connected to a composition analysis valve for connection with a composition analysis system.
lOEn una segunda realización de la invención, el sistema de extracción comprende al menos una segunda celda de expansión que se une a la celda de análisis mediante una válvula de expansión, y comprende al menos un medidor de caudal unido a la segunda celda de expansión para conectarla con un sistema de análisis de la composición. In a second embodiment of the invention, the extraction system comprises at least a second expansion cell that is attached to the analysis cell by an expansion valve, and comprises at least one flowmeter attached to the second expansion cell for connect it with a composition analysis system.
15 Dos configuraciones básicas del equipo, resultado de conectar un sistema de extracción del gas/vapor multicomponente en equilibrio con la muestra a analizar, a la celda de análisis de forma que se conozca perfectamente la cantidad total del gas/vapor y de cada uno de los componentes de esta mezcla extraídos de forma precisa. En la configuración de una sola celda de análisis y sin presencia de sensor de presión en la celda de análisis, el conjunto distribuidor-celda de análisis cuando la válvula que los conecta está abierta también se 15 Two basic configurations of the equipment, the result of connecting a multicomponent gas / steam extraction system in equilibrium with the sample to be analyzed, to the analysis cell so that the total amount of the gas / steam and of each of the the components of this mixture extracted precisely. In the configuration of a single analysis cell and without the presence of a pressure sensor in the analysis cell, the distributor-analysis cell assembly when the valve that connects them is also open
2 O denomina celda de análisis. 2 Or called analysis cell.
En cualquiera de las configuraciones, el proceso de trabajo y cálculo es análogo al descrito a continuación, si bien, atendiendo a las características concretas de cada configuración, el orden de los pasos puede ser modificado, variando, por consiguiente, el orden de los cálculos a realizar, si bien siempre se basarán en el In any of the configurations, the work and calculation process is analogous to that described below, although, according to the specific characteristics of each configuration, the order of the steps can be modified, thus varying the order of the calculations to be done, although they will always be based on the
25 balance de masas obtenido a partir del análisis de la porción de gas extraída del sistema en equilibrio con la muestra. 25 mass balance obtained from the analysis of the portion of gas extracted from the system in equilibrium with the sample.
En el ejemplo de realización en el que el equipo comprende un sistema de extracción con una celda de expansión de volumen conocido con un sensor de presión conectado a dicha celda de expansión con volumen In the exemplary embodiment in which the equipment comprises an extraction system with a known volume expansion cell with a pressure sensor connected to said volume expansion cell
3O conocido y con un sistema de control de la temperatura de la celda de expansión de volumen conocido se obtienen las isotermas de adsorción simultáneas de los diferentes compuestos que forman la mezcla de gases de análisis, así como la isoterma total. En este caso, en la celda de expansión de volumen conocido se conocen también la presión y la temperatura gracias a los sensores que incluye el equipo. Así pues, aplicando la ecuación de los gases reales se obtiene la cantidad de gas: 3O known and with a temperature control system of the known volume expansion cell the simultaneous adsorption isotherms of the different compounds that form the analysis gas mixture are obtained, as well as the total isotherm. In this case, pressure and temperature are also known in the known volume expansion cell thanks to the sensors included in the equipment. Thus, by applying the equation of real gases, the amount of gas is obtained:
35 P·V=n·Z·R·T 35 P · V = n · Z · R · T
Donde: P es la presión; V es el volumen; n son los moles de gas; Z es el factor de compresibilidad del gas; R es la constante universal de los gases y T es la temperatura. Where: P is the pressure; V is the volume; n are the moles of gas; Z is the gas compressibility factor; R is the universal constant of gases and T is temperature.
4 O Cuando se trabaja con un sistema de n componentes, con una fracción molar de Xi de cada uno de ellos se tiene: 4 O When working with a system of n components, with a mole fraction of Xi of each of them you have:
El factor de compresibilidad de un gas con varios componentes depende de la composición, de la presión y la 4 5 temperatura de la siguiente forma: The compressibility factor of a gas with several components depends on the composition, the pressure and the temperature in the following way:
Siguiendo el esquema clásico de funcionamiento de un equipo de adsorción volumétrico para la determinación de la isoterma de adsorción de un componente puro, se inicia el análisis teniendo los volúmenes del distribuidor y Following the classic operating scheme of a volumetric adsorption equipment for the determination of the adsorption isotherm of a pure component, the analysis is started taking the volumes of the distributor and
5O del volumen de la celda de análisis en vacío, donde VM es el volumen del distribuidor y Vs es el volumen de la celda de análisis. Ambos volúmenes han sido obtenidos previamente de la misma manera que se realiza en un equipo volumétrico de un componente puro. 5O of the volume of the empty analysis cell, where VM is the volume of the distributor and Vs is the volume of the analysis cell. Both volumes have been previously obtained in the same way that is performed in a pure component volumetric equipment.
Sea X/, la fracción molar del i-componente del gas de análisis. La fracción molar de cada uno de los Let X /, the molar fraction of the i-component of the analysis gas. The mole fraction of each of the
55 componentes de la mezcla que forman el gas de análisis es conocida. Este gas de análisis puede provenir de una fuente ya mezclada, con cantidades conocidas de cada uno de los componentes o puede ser preparada en el propio equipo mediante cualquier sistema de preparación de mezclas. 55 components of the mixture that form the analysis gas is known. This analysis gas can come from a source already mixed, with known quantities of each of the components or can be prepared in the equipment itself by any mixing preparation system.
Estando todas las válvulas cerradas inicialmente, se añade una determinada cantidad de gas de análisis al With all valves initially closed, a certain amount of analysis gas is added to the
distribuidor. Cuando la presión y temperatura del gas de análisis se estabiliza, la cantidad total de gas de análisis en el distribuidor se obtiene aplicando: distributor. When the pressure and temperature of the analysis gas is stabilized, the total amount of analysis gas in the distributor is obtained by applying:
p,1,1 lT 11 M· vMp, 1.1 lT 11 M · vM
n' - ---,.~-----:--::-n '- --- ,. ~ -----: - :: -
M -Zl,l • R . T1,1M M M-Zl, l • R. T1,1M M
5 Donde: nMx,y son los moles del gas de análisis en el distribuidor. 5 Where: nMx, and are the moles of the analysis gas in the distributor.
El superíndice x, obtiene los valores: The superscript x obtains the values:
1: para denotar los moles presentes en el distribuidor antes de expandirlo a la celda de análisis. 1: to denote the moles present in the distributor before expanding it to the analysis cell.
2: para denotar los moles presentes en el distribuidor después de expandirlo a la celda de análisis. 2: to denote the moles present in the distributor after expanding it to the analysis cell.
10 El superíndice y denomina la etapa en la que se obtiene este valor. 10 The superscript and designates the stage in which this value is obtained.
PMX,y es la presión del gas de análisis en el distribuidor. PMX, and is the pressure of the analysis gas in the distributor.
15 El superíndice x, obtiene los valores: 15 The superscript x obtains the values:
1: para denotar la presión leída en el distribuidor antes de expandirlo a la celda de análisis. 1: to denote the pressure read in the distributor before expanding it to the analysis cell.
2: para denotar la presión leída en el distribuidor después de expandirlo a la celda de análisis. 2: to denote the pressure read in the distributor after expanding it to the analysis cell.
El superíndice y denomina la etapa en la que se obtiene este valor. The superscript and designates the stage in which this value is obtained.
ZMx,y es el factor de compresibilidad del gas de análisis en el distribuidor. ZMx, and is the compressibility factor of the analysis gas in the distributor.
El superíndice x, obtiene los valores: The superscript x obtains the values:
1: para denotar el factor de compresibilidad del gas en el distribuidor antes de expandirlo a la celda de análisis. 1: to denote the compressibility factor of the gas in the distributor before expanding it to the analysis cell.
2 5 2: para denotar el factor de compresibilidad del gas en el distribuidor después de expandirlo a la celda de análisis. 2 5 2: to denote the compressibility factor of the gas in the distributor after expanding it to the analysis cell.
El superíndice y denomina la etapa en la que se obtiene este valor The superscript and designates the stage at which this value is obtained
3 O TMX'y es la temperatura del gas de análisis en el distribuidor. 3 O TMX'y is the temperature of the analysis gas in the distributor.
El superíndice x, obtiene los valores: The superscript x obtains the values:
1: para denotar la temperatura del gas en el distribuidor antes de expandirlo a la celda de análisis. 1: to denote the temperature of the gas in the distributor before expanding it to the analysis cell.
2: para denotar la temperatura del gas en el distribuidor después de expandirlo a la celda de análisis. 2: to denote the temperature of the gas in the distributor after expanding it to the analysis cell.
35 El superíndice y denomina la etapa en la que se obtiene este valor 35 The superscript and designates the stage at which this value is obtained
A continuación se abre la válvula que conecta el distribuidor con la celda de análisis, durante un breve periodo de tiempo, y se vuelve a cerrar. Esta apertura y cierre debe realizarse en un tiempo corto para evitar que la The valve that connects the distributor to the analysis cell is then opened, for a short period of time, and closed again. This opening and closing should be done in a short time to prevent the
4 O composición del gas de análisis en el distribuidor cambie como consecuencia de la adsorción que ocurre en la muestra. De este modo, la composición del gas en el distribuidor tras cerrar la válvula es idéntica a la composición del gas de análisis que se suministra. 4 Or composition of the analysis gas in the distributor change as a result of the adsorption that occurs in the sample. Thus, the composition of the gas in the distributor after closing the valve is identical to the composition of the analysis gas supplied.
Cuando la presión y temperatura del gas de análisis se estabiliza (el término "estable" aquí referido a la medida 4 5 de un sensor se refiere a que la variación de la señal de éste cumple unos determinados requisitos preestablecidos sobre su variación), la cantidad total de gas de análisis presente ahora en el distribuidor es: When the pressure and temperature of the analysis gas is stabilized (the term "stable" here referred to measurement 4 5 of a sensor refers to the variation of the signal of this sensor meets certain pre-established requirements on its variation), the amount Total gas analysis present now at the distributor is:
p, 2,1 lT 21 M· vMp, 2.1 lT 21 M · vM
n' - ---::-;.:.::...-----::-'-::-n '- --- :: -;.:. :: ...----- :: -'- :: -
M -Z2,1 • R . T 2,1M -Z2.1 • R. T 2.1
M M M M
5 O Se determina la cantidad de gas que se ha añadido a la celda de análisis mediante: 5 O The amount of gas that has been added to the analysis cell is determined by:
Donde Lln~ es la cantidad de gas de análisis añadida a la celda de análisis en la etapa y. Where Lln ~ is the amount of analysis gas added to the analysis cell in step y.
Cuando se alcanza el equilibrio en la celda de análisis se registra una presión menor que la esperada si no hubiese habido adsorción. La cantidad de gas de análisis que no ha sido adsorbida se obtiene de la siguiente ecuación: When equilibrium is reached in the analysis cell, a pressure lower than expected is recorded if there had been no adsorption. The amount of test gas that has not been adsorbed is obtained from the following equation:
n ----:------:-n ----: ------: -
S -z~. R· Ti 5 Donde: n/ denomina la cantidad de gas no adsorbido en la celda de análisis después de y equilibrios; y p/ T/ Z/ denominan la presión, temperatura y factor de compresibilidad, respectivamente, del gas de análisis después de alcanzado el y equilibrio. S -z ~. R · Ti 5 Where: n / designates the amount of gas not adsorbed in the analysis cell after and balances; and p / T / Z / denominate the pressure, temperature and compressibility factor, respectively, of the analysis gas after reaching and equilibrium.
10 La cantidad de gas de análisis adsorbida por la muestra después de esta etapa se obtiene de: The amount of test gas adsorbed by the sample after this stage is obtained from:
Donde: n~dS denomina la cantidad de gas adsorbido en la celda de análisis después de y equilibrios. Where: n ~ dS designates the amount of gas adsorbed in the analysis cell after and equilibria.
15 Todos los valores, excepto Z/ son leídos o pueden ser calculados. Z/ no puede ser calculado ya que, después de la adsorción, debido a que ésta puede ser selectiva a los diferentes compuestos, la composición del gas no adsorbido en equilibrio con la muestra puede haber variado y, debido a que el factor de compresibilidad depende de la composición del gas y ésta no se conoce, en este momento no se conoce este valor. 15 All values, except Z / are read or can be calculated. Z / cannot be calculated since, after adsorption, because it can be selective to the different compounds, the composition of the gas not adsorbed in equilibrium with the sample may have varied and, because the compressibility factor depends of the composition of the gas and it is not known, at this time this value is not known.
2 O Realizando un balance de masas para cada uno de los i-componentes del gas de análisis se obtiene: 2 O Performing a mass balance for each of the i-components of the analysis gas, we obtain:
Donde: n~~ son los moles del i-componente del gas de análisis en el distribuidor. Where: n ~~ are the moles of the i-component of the analysis gas in the distributor.
El superíndice x, obtiene los valores: The superscript x obtains the values:
1: para denotar los moles del i-componente presentes en el distribuidor antes de expandirlo a la celda de análisis. 1: to denote the moles of the i-component present in the distributor before expanding it to the analysis cell.
3 O 2: para denotar los moles del i-componente presentes en el distribuidor después de expandirlo a la celda de análisis. 3 O 2: to denote the moles of the i-component present in the distributor after expanding it to the analysis cell.
El superíndice y denomina la etapa en la que se obtiene este valor. The superscript and designates the stage in which this value is obtained.
3 5 Lln~,i es la cantidad del i-componente del gas de análisis añadida a la celda de análisis en la etapa y. 3 5 Lln ~, i is the quantity of the i-component of the analysis gas added to the analysis cell in step y.
La cantidad de i-componente en la celda de análisis se puede expresar mediante: The amount of i-component in the analysis cell can be expressed by:
nl nl nl nl
. = Xl .. = Xl.
S,1 i S S, 1 and S
4 O Donde: n~,i denomina la cantidad de i-componente del gas no adsorbido en la celda de análisis después de y 4 O Where: n ~, i designates the amount of i-component of the non-adsorbed gas in the analysis cell after y
equilibrios; y X~ denomina la fracción molar de i-componente del gas no adsorbido en la celda de análisis balances; and X ~ designates the molar fraction of the non-adsorbed gas component in the analysis cell
después de y equilibrios. En esta ecuación no se conoce xi. after and balances. In this equation no one knows xi.
La cantidad adsorbida en la celda de análisis del i-componente puede expresarse: The amount adsorbed in the analysis cell of the i-component can be expressed:
45 n!ds,i = Lln~,i -n~,i 45 n! Ds, i = Lln ~, i -n ~, i
2 O 2 o
2 5 2 5
4 O 4 o
Donde, n~ds i denomina la cantidad de i-componente del gas adsorbida en la celda de análisis después de yWhere, n ~ ds i designates the amount of i-component of the adsorbed gas in the analysis cell after y
, equilibrios. Balances
Como se ha visto, xi no es conocido, por lo que no puede realizarse el cálculo de esta ecuación y, por lo tanto, todavía no puede conocerse la isoterma individual de cada i-componente. As it has been seen, xi is not known, so the calculation of this equation cannot be performed and, therefore, the individual isotherm of each i-component cannot yet be known.
Para ello, partiendo de la celda de expansión de volumen conocido en vacío, donde VE es el volumen de la celda de expansión, el cual ha sido calculado previamente, se realiza a continuación la apertura de la válvula que conecta la celda de expansión de volumen conocido con la celda de análisis durante un breve periodo de tiempo, volviéndola a cerrar. Cuando la presión y temperatura del gas en la celda de expansión se estabiliza, la cantidad total de gas en este volumen es: To do this, starting from the known volume expansion cell in a vacuum, where VE is the volume of the expansion cell, which has been previously calculated, the opening of the valve connecting the volume expansion cell is then performed known to the analysis cell for a short period of time, closing it again. When the gas pressure and temperature in the expansion cell stabilizes, the total amount of gas in this volume is:
Donde: n~ denomina la cantidad de gas en la celda de expansión de volumen conocido después de la y expansión; y PEY T EY ZEY denominan la presión, temperatura y factor de compresibilidad, respectivamente, del gas en la celda de expansión después de la y expansión. Where: n ~ designates the amount of gas in the known volume expansion cell after and expansion; and PEY T EY ZEY denominate the pressure, temperature and compressibility factor, respectively, of the gas in the expansion cell after and expansion.
La cantidad de cada uno de los i-componentes en la celda de expansión se puede expresar por: The quantity of each of the i-components in the expansion cell can be expressed by:
1 n11 n1
nE' --Xl .' EnE '--Xl.' AND
,1 E,1 , 1 E, 1
Donde n~,i denomina la cantidad de i-componente del gas en la celda de expansión después de la y expansión; Where n ~, i designates the amount of i-component of the gas in the expansion cell after and expansion;
y XYE . denomina la fracción molar de i-componente del gas en la celda de expansión después de la y expansión.and XYE. called the molar fraction of the i-component of the gas in the expansion cell after and expansion.
,1 ,one
Si la apertura y posterior cierre de la válvula que conecta la celda de expansión con la celda de análisis es lo suficientemente rápida en relación a la cinética de adsorción, la composición del gas en la celda de expansión es idéntica a la composición del gas en equilibrio con la muestra, y por lo tanto: If the opening and subsequent closing of the valve connecting the expansion cell with the analysis cell is fast enough in relation to the adsorption kinetics, the composition of the gas in the expansion cell is identical to the composition of the equilibrium gas With the sample, and therefore:
El gas presente en la celda de expansión puede llevarse a cualquier sistema de análisis de composición, The gas present in the expansion cell can be taken to any composition analysis system,
obteniéndose los valores de xi para cada uno de los i-componentes. obtaining the values of xi for each of the i-components.
Dependiendo de la mezcla que constituya el gas de análisis se emplea un sistema de análisis de composición diferente. Así pues, pueden emplearse sistemas que, haciendo uso de propiedades particulares de la mezcla obtengan su composición como por ejemplo medidas de densidad, de propiedades ópticas, de absorción de diferentes longitudes de onda, de conductividad, de emisión por llama ... Asimismo pueden emplearse sistemas más complejos que evalúen una gama más amplia de componentes como por ejemplo espectroscopia de masas, cromatografía de gases .... Depending on the mixture that constitutes the analysis gas, a different composition analysis system is used. Thus, systems can be used that, using particular properties of the mixture, obtain their composition such as density, optical properties, absorption of different wavelengths, conductivity, flame emission ... employ more complex systems that evaluate a wider range of components such as mass spectroscopy, gas chromatography ....
En otras realizaciones, el gas presente en la celda de expansión puede ser llevado a un sistema externo de análisis de composición, el sistema de análisis de composición puede ser acoplado a la celda de expansión e, incluso, puede instalarse un propio sistema de análisis de composición dentro del equipo. In other embodiments, the gas present in the expansion cell can be taken to an external composition analysis system, the composition analysis system can be coupled to the expansion cell and, even, an own analysis system can be installed. composition within the team.
Obteniéndose la composición del gas de la celda de expansión, se puede conocer la fracción molar de cada uno de los i-componentes en el gas presente en la celda de análisis después del y equilibrio y, por lo tanto, se conoce la cantidad adsorbida de cada uno de los i-componentes. By obtaining the gas composition of the expansion cell, the molar fraction of each of the i-components in the gas present in the analysis cell after equilibrium can be known and, therefore, the adsorbed amount of Each of the i-components.
También, al conocerse la composición del gas en equilibrio con la muestra se puede calcular Z/ , por lo que también se conoce la cantidad adsorbida total de la mezcla y también ZEY , conociendo la cantidad de gas total extraído del sistema distribuidor-celda de análisis, así como la cantidad de cada uno de los i-componentes extraídos. Also, when knowing the composition of the gas in equilibrium with the sample, Z / can be calculated, so that the total adsorbed amount of the mixture is also known and also ZEY, knowing the amount of total gas extracted from the distributor-analysis cell system , as well as the amount of each of the i-components removed.
El análisis de adsorción puede continuar, a pesar de haber extraído parte del gas a analizar, pues se conocen las cantidades totales y de cada uno de los i-componentes en el sistema. The adsorption analysis can continue, despite having extracted part of the gas to be analyzed, since the total quantities of each of the i-components in the system are known.
De esta manera, se podría repetir el procedimiento anterior. En el caso de la segunda dosis se obtendría, de forma análoga a la ya explicada: In this way, the above procedure could be repeated. In the case of the second dose it would be obtained, analogously to the one already explained:
p,1.2 lT p, 1.2 lT
12 M vM12 M vM
oor
n' ---::-~----:-';::'M -Z1.2 o R o T1,2n '--- :: - ~ ----: -'; :: 'M -Z1.2 or R or T1,2
M M M M
P2.2 lT 22M vMP2.2 lT 22M vM
oor
n' ----::---:'--'----=-.",-n '---- :: ---:' --'---- = -. ", -
M -Z2.2 o R o T 2,2M -Z2.2 or R or T 2.2
M M M M
Lln~ = n~2 -n~2 Lln ~ = n ~ 2 -n ~ 2
10 La cantidad total adsorbida por la muestra después de alcanzarse el equilibrio en la celda de análisis se obtiene aplicando: 10 The total amount absorbed by the sample after reaching equilibrium in the analysis cell is obtained by applying:
Para cada uno de los i-componentes tendríamos: For each of the i-components we would have:
n2•2n2 • 2
n2,2= f on2.2 = f o
oor
M.I Xi M M.I Xi M
2X2 22X2 2
n. = o nn. = o n
S.I i S S.I and S
La cantidad de i-componente adsorbida por la muestra después de alcanzar el equilibrio en la celda de análisis se obtiene a partir de: The amount of i-component adsorbed by the sample after reaching equilibrium in the analysis cell is obtained from:
2 _A 1 A 2 2 1 2 _A 1 A 2 2 1
nads.i -unM.i + unM.i -nS.i -nE.i 25 nads.i -unM.i + unM.i -nS.i -nE.i 25
De nuevo, para conocer n~ y X¡ se procede a realizar una nueva expansión a la celda de expansión de volumen conocido. Para simplificar los cálculos, previamente a la expansión a este volumen, se procederá a realizar vacío en el mismo. De esta manera se obtiene: Again, to know n ~ and X, a new expansion is made to the known volume expansion cell. To simplify the calculations, prior to the expansion to this volume, it will proceed to perform a vacuum in it. This way you get:
2 X2 22 X2 2
n-nn-n
Ei- E'o EEi- E'o E
• .1 • .one
X2, =X~X2, = X ~
E,I l E, I l
Volviendo a analizar la composición del gas en la celda de expansión, se pueden conocer las cantidades adsorbidas totales y de cada uno de los i-componentes después del equilibrio, Re-analyzing the composition of the gas in the expansion cell, the total adsorbed amounts and of each of the i-components after equilibrium can be known,
Generalizando, y debido a que puede ser conveniente, en algunos casos, realizar más de una expansión desde el distribuidor a la celda de análisis para un mismo equilibrio, la cantidad total adsorbida por la muestra después de realizar k dosis desde el distribuidor a la celda de análisis y w extracciones desde la celda de análisis a la celda de expansión, se obtiene a partir de: By generalizing, and because it may be convenient, in some cases, to perform more than one expansion from the distributor to the analysis cell for the same balance, the total amount adsorbed by the sample after performing k doses from the distributor to the cell of analysis and w extractions from the analysis cell to the expansion cell, is obtained from:
5 k w-l 5 k w-l
w_~Ak w ~w w_ ~ Ak w ~ w
nads -L LlnM -ns -L nE k=l w=l nads -L LlnM -ns -L nE k = l w = l
Donde: n:ds es la cantidad total de gas adsorbida antes de la extracción w, L~=l11.n~ es la cantidad total de Where: n: ds is the total amount of gas adsorbed before extraction w, L ~ = l11.n ~ is the total amount of
gas añadida desde el distribuidor a la celda de análisis después de k dosis, nSV es la cantidad total de gas en la gas added from the distributor to the analysis cell after k dose, nSV is the total amount of gas in the
celda de análisis antes de la extracción w y L~;;;;i n~ es la cantidad total de gas extraída del sistema para 1 O realizar la medición de la composición hasta antes de la extracción w. analysis cell before extraction w and L ~ ;;;; i n ~ is the total amount of gas extracted from the system for 1 OR to measure the composition until before extraction w.
Para cada uno de los i-componentes, la cantidad adsorbida por la muestra después de realizar k dosis desde el distribuidor a la celda de análisis, y w extracciones desde la celda de análisis a la celda de expansión, se obtiene de: For each of the i-components, the amount absorbed by the sample after carrying out k doses from the distributor to the analysis cell, and w extractions from the analysis cell to the expansion cell, is obtained from:
15 k w-l 15k w-l
w_~Ak w~w w_ ~ Ak w ~ w
nads,i -L LlnM,i -nS,i -L nE,i k=l w=l nads, i -L LlnM, i -nS, i -L nE, i k = l w = l
Donde: n:ds,i es la cantidad de i-componente del gas adsorbida antes de la extracción w; L~=l11.n~,i es la Where: n: ds, i is the amount of i-component of the adsorbed gas before extraction w; L ~ = l11.n ~, i is the
cantidad de i-componente del gas añadida desde el distribuidor a la celda de análisis después de k dosis; n~i amount of i-component of the gas added from the distributor to the analysis cell after k dose; n ~ i
es la cantidad de i-componente del gas en la celda de análisis antes de la extracción w y L~;;;;i nRi es la is the amount of i-component of the gas in the analysis cell before extraction w and L ~ ;;;; i nRi is the
2 O cantidad de i-componente del gas extraída del sistema para realizar la medición de la composición hasta antes de la extracción w. 2 O amount of i-component of the gas extracted from the system to measure the composition until before extraction w.
Con la extracción w se conoce la composición del gas en equilibrio en la celda de análisis en el equilibrio w y, por lo tanto, se conoce nS,i . With extraction w, the composition of the equilibrium gas in the analysis cell in equilibrium w is known and, therefore, nS, i is known.
25 El método descrito es válido para cualquier mezcla de gases y/o vapores en cualquier intervalo de temperatura y presión. En el caso de que las condiciones del análisis de adsorción y la composición del gas de análisis permitiesen que su estado se pudiera describir mediante la ecuación de los gases ideales, el factor de compresibilidad involucrado en cualquiera de los cálculos sería la unidad, por lo que los cálculos quedarían 25 The described method is valid for any mixture of gases and / or vapors in any temperature and pressure range. In the event that the conditions of the adsorption analysis and the composition of the analysis gas allowed its state to be described by means of the ideal gas equation, the compressibility factor involved in any of the calculations would be the unit, so the calculations would remain
3 O simplificados. 3 Or simplified.
Es práctica común que la temperatura, tanto del distribuidor como de la celda de análisis, se mantenga constante durante todo el análisis de adsorción. En este caso, los cálculos también se simplificarían siendo: It is common practice that the temperature, both of the distributor and of the analysis cell, is kept constant throughout the adsorption analysis. In this case, the calculations would also be simplified by being:
T:/ = cte T: / = cte
T¡ = cte T¡ = cte
En este caso, también sería buena práctica mantener constante la temperatura de la celda de expansión, obteniendo: In this case, it would also be good practice to keep the temperature of the expansion cell constant, obtaining:
Tl = cte 40 Tl = cte 40
De una forma análoga a la descrita, se puede realizar el análisis de desorción, obteniéndose las curvas adsorción-desorción para cada uno de los i-componentes y para el total. In a manner analogous to that described, the desorption analysis can be performed, obtaining the adsorption-desorption curves for each of the i-components and for the total.
4 5 Para que las extracciones de gas desde la celda de análisis a la celda de expansión no afecten considerablemente a la duración del análisis completo, es buena práctica que el volumen de la celda de expansión sea considerablemente menor que el volumen de la celda de análisis. 4 5 So that gas withdrawals from the analysis cell to the expansion cell do not significantly affect the duration of the entire analysis, it is good practice that the volume of the expansion cell is considerably smaller than the volume of the analysis cell .
Este procedimiento puede realizarse en un equipo de análisis de adsorción con una o más celdas de análisis. En este caso, es práctica común en los equipos de análisis de adsorción de gases puros, instalar medidores de presión en cada una de las celdas de análisis para reducir el tiempo total de análisis en todas las celdas, This procedure can be performed in an adsorption analysis equipment with one or more analysis cells. In this case, it is common practice in pure gas adsorption analysis equipment, to install pressure gauges in each of the analysis cells to reduce the total analysis time in all cells,
5 aprovechando el tiempo de espera para llegar al equilibrio en una de las celdas de análisis y utilizándolo para realizar dosis a otras. En el caso de equipos con más de una celda de análisis, la celda de expansión puede ser única y compartida por las diferentes celdas de análisis. Cada celda de análisis puede estar conectada a una celda de expansión diferente, o puede darse cualquier combinación entre estas opciones. 5 taking advantage of the waiting time to reach equilibrium in one of the analysis cells and using it to perform doses to others. In the case of equipment with more than one analysis cell, the expansion cell can be unique and shared by the different analysis cells. Each analysis cell can be connected to a different expansion cell, or any combination between these options can occur.
lOEn el caso de que el equipo tenga una sola celda de análisis, es práctica común en los equipos de análisis de adsorción de gases puros, no instalar un medidor de presión en la celda de análisis, de manera que tras la dosis de gas de análisis al distribuidor y tras la expansión de éste a la celda de análisis, la válvula que conecta ambos permanezca abierta, utilizando el medidor de presión instalado en el distribuidor para registrar la presión de equilibrio. En este caso, la celda de expansión puede conectarse tanto al distribuidor como a la celda de análisis, In the case that the equipment has a single analysis cell, it is common practice in pure gas adsorption analysis equipment, not to install a pressure gauge in the analysis cell, so that after the analysis gas dose to the distributor and after its expansion to the analysis cell, the valve that connects both remains open, using the pressure gauge installed in the distributor to record the equilibrium pressure. In this case, the expansion cell can be connected to both the distributor and the analysis cell,
15 puesto que ambos volúmenes se convierten en uno solo durante la espera del equilibrio de adsorción. Extrayendo una parte del gas de análisis, después de haber alcanzado el equilibrio en la celda de expansión, se puede especificar, de un modo análogo al descrito, un procedimiento de cálculo, obteniéndose los mismos resultados. 15 since both volumes become one during waiting for the adsorption equilibrium. By extracting a part of the analysis gas, after reaching equilibrium in the expansion cell, a calculation procedure can be specified in a manner analogous to that described, obtaining the same results.
2 O Es práctica común en los equipos de análisis de adsorción de gases puros que trabajan en amplios rangos de presiones, instalar más de un sensor de presión tanto en el distribuidor como en la celda de análisis, ya sea directamente, o aislados a través de válvulas para evitar daños en intervalos de presiones no admisibles. 2 O It is common practice in pure gas adsorption analysis equipment working in wide pressure ranges, to install more than one pressure sensor both in the distributor and in the analysis cell, either directly, or isolated through valves to avoid damage in intervals of inadmissible pressures.
La válvula de expansión, en lugar de estar cerrada mientras se alcanza el equilibrio en la celda de análisis y, The expansion valve, instead of being closed while equilibrium is reached in the analysis cell and,
2 5 posteriormente, ser abierta durante un corto periodo de tiempo para obtener una alícuota del gas de la celda de análisis para ser analizado, puede mantenerse abierta mientras se alcanza el equilibrio en la celda de análisis y, cuando éste se alcance, ser cerrada para analizar el gas en la celda de expansión. 2 5 subsequently, being opened for a short period of time to obtain an aliquot of the gas from the analysis cell to be analyzed, it can be kept open while equilibrium is reached in the analysis cell and, when it is reached, be closed for analyze the gas in the expansion cell.
Hacer o no vacío en la celda de expansión previamente a la toma de la alícuota del gas de la celda de análisis no
Make or not empty in the expansion cell prior to taking the gas aliquot from the analysis cell not
3 O es crítico (podría no vaciarse por completo antes de volver a tomar una alícuota). Sin embargo, esto resulta en una mayor complejidad a la hora de realizar los balances de masa y, aunque es posible trabajar de esta manera, no resulta muy recomendable. 3 Or it is critical (it may not empty completely before taking an aliquot again). However, this results in greater complexity when making mass balances and, although it is possible to work in this way, it is not highly recommended.
En cualquiera de las diferentes combinaciones descritas de los equipos de análisis de adsorción de gases puros, 35 se puede aplicar el método descrito para que sea capaz de determinar la isoterma de adsorción de gases multicomponente. In any of the different combinations described of the pure gas adsorption analysis equipment, the described method can be applied to be able to determine the multicomponent gas adsorption isotherm.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, Throughout the description and the claims the word "comprises" and its variants are not intended to exclude other technical characteristics, additives, components or steps. For those skilled in the art, other objects,
4O ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas. 4O advantages and characteristics of the invention will be derived partly from the description and partly from the practice of the invention. The following examples and drawings are provided by way of illustration, and are not intended to be limiting of the present invention. In addition, the present invention covers all possible combinations of particular and preferred embodiments indicated herein.
45 BREVE DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS 45 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
FIG. 1 muestra una realización de la invención en la que el sistema de extracción comprende una celda de expansión de volumen conocido. FIG. 1 shows an embodiment of the invention in which the extraction system comprises an expansion cell of known volume.
5O FIG. 2 muestra una realización de la invención en la que el sistema de extracción comprende una segunda celda de expansión y un medidor de caudal de precisión. 5O FIG. 2 shows an embodiment of the invention in which the extraction system comprises a second expansion cell and a precision flow meter.
Referencias: 1 :Distribuidor; 2:Celda de análisis; 3:Celda de expansión de volumen conocido; 4:Sensor de presión en el References: 1: Distributor; 2: Analysis cell; 3: Volume expansion cell known; 4: Pressure sensor in the
55 distribuidor; 5:Sensor de presión de la celda de análisis; 6:Sensor de presión de la celda de expansión; 7:Válvula de entrada de gas y/o vapor a analizar; 8:Válvula de gas de calibrado; 9:Válvula de purga; 10:Válvula de celda de análisis; 11 :Válvula de expansión; 12:Válvula de vacío; 13:Válvula de análisis de composición; 14:Sensor de temperatura del distribuidor; 15:Sensor de temperatura en la celda de análisis, 16:Sensor de temperatura en una celda de expansión, 17:Medidor de caudal, 18:Segunda celda de expansión; 19:5istema de extracción 55 distributor; 5: Pressure sensor of the analysis cell; 6: Expansion cell pressure sensor; 7: Gas and / or steam inlet valve to be analyzed; 8: Calibration gas valve; 9: Purge valve; 10: Analysis cell valve; 11: Expansion valve; 12: Vacuum valve; 13: Composition analysis valve; 14: Distributor temperature sensor; 15: Temperature sensor in the analysis cell, 16: Temperature sensor in an expansion cell, 17: Flow meter, 18: Second expansion cell; 19: 5 extraction system
3 O 3 o
4 O 4 o
5 O 5 o
6 O 6 o
El equipo de la presente invención permite la medida de isotermas de sorción de gases y/o vapores multicomponente, obteniendo simultáneamente la isoterma de adsorción total y cada una de las isotermas de los diferentes compuestos que forman el gas y/o vapor a analizar. The equipment of the present invention allows the measurement of gas sorption isotherms and / or multi-component vapors, simultaneously obtaining the total adsorption isotherm and each of the isotherms of the different compounds that form the gas and / or vapor to be analyzed.
El equipo comprende un distribuidor (1), al menos un sensor de presión en el distribuidor (4), al menos una celda de análisis (2) en el interior de la que se aloja la muestra objeto de análisis, que incorpora al menos un sensor de presión de la celda de análisis (5), estando el distribuidor (1) y la celda de análisis (2) unidos mediante unas conducciones a través de una válvula de celda de análisis (10). La celda de análisis (2) en la que está la muestra objeto de análisis se conecta a un sistema de extracción (19) mediante una válvula de expansión (11) que forma parte de dicho sistema de extracción (19). Este sistema de extracción (19) permite extraer una parte del gas/vapor multi-componente en equilibrio con la muestra objeto de análisis, y está conectado a un sistema de análisis de la composición. El distribuidor (1) tiene una entrada de gas de análisis que tiene una válvula de entrada gas y/o vapor a analizar (7), tiene una entrada de gas de calibrado unida a través de una válvula de gas de calibrado (8) y tiene una linea de vacío unida al distribuidor (1) a través de una válvula de purga (9). The equipment comprises a distributor (1), at least one pressure sensor in the distributor (4), at least one analysis cell (2) inside which the sample under analysis is housed, which incorporates at least one pressure sensor of the analysis cell (5), the distributor (1) and the analysis cell (2) being connected by means of conduits through an analysis cell valve (10). The analysis cell (2) in which the sample under analysis is connected is connected to an extraction system (19) by means of an expansion valve (11) that is part of said extraction system (19). This extraction system (19) allows a part of the multi-component gas / vapor to be extracted in equilibrium with the sample under analysis, and is connected to a composition analysis system. The distributor (1) has an analysis gas inlet that has a gas and / or steam inlet valve to be analyzed (7), has a calibration gas inlet connected through a calibration gas valve (8) and It has a vacuum line attached to the distributor (1) through a purge valve (9).
En una realización de la invención, el equipo puede comprender un sistema de preparación de mezclas para generar el gas y/o vapor multi-componente a analizar, estando dicho sistema de preparación de mezclas unido a la válvula de entrada (7). In one embodiment of the invention, the equipment may comprise a mixing preparation system for generating the multi-component gas and / or steam to be analyzed, said mixing preparation system being attached to the inlet valve (7).
En un primer ejemplo de realización de la presente invención, que se observa en la figura 1, el sistema de extracción (19) comprende al menos una celda de expansión de volumen conocido (3) que se une mediante la válvula de expansión (11) a la celda de análisis. Dicha celda de expansión (3) puede comprender un sensor de presión de la celda expansión (6) y está conectada también a una válvula de análisis de composición (13) para conectarla con un sistema de análisis de composición. In a first embodiment of the present invention, which can be seen in Figure 1, the extraction system (19) comprises at least one expansion cell of known volume (3) that is joined by the expansion valve (11) to the analysis cell. Said expansion cell (3) can comprise a pressure sensor of the expansion cell (6) and is also connected to a composition analysis valve (13) to connect it with a composition analysis system.
En una realización preferente de la invención, la celda de expansión de volumen conocido (3) está conectada a una línea de vacío mediante una válvula de vacío (12). In a preferred embodiment of the invention, the known volume expansion cell (3) is connected to a vacuum line by a vacuum valve (12).
El equipo puede comprender también un sensor de temperatura en el distribuidor (14), un sensor de temperatura en la celda de análisis (15) y en el caso de que el sistema de extracción (19) tenga una celda de expansión (3), un sensor de temperatura en la celda de expansión (16). The equipment may also comprise a temperature sensor in the distributor (14), a temperature sensor in the analysis cell (15) and in the event that the extraction system (19) has an expansion cell (3), a temperature sensor in the expansion cell (16).
En un segundo ejemplo de realización de la presente invención, que se observa en la figura 2, el sistema de extracción (19) comprende al menos una segunda celda de expansión (18) que se une a la celda de análisis (2) mediante una válvula de expansión (11), y comprende al menos un medidor de caudal (17) unido a la segunda celda de expansión (18) para conectarla con un sistema de análisis de la composición. In a second embodiment of the present invention, which can be seen in Figure 2, the extraction system (19) comprises at least a second expansion cell (18) that joins the analysis cell (2) by means of a expansion valve (11), and comprises at least one flowmeter (17) attached to the second expansion cell (18) to connect it with a composition analysis system.
La celda de análisis (2) aloja la muestra objeto de análisis. El volumen interno de dicha celda de análisis (2), descontando el volumen que ocupa la muestra a analizar es conocido o puede ser calculado utilizando métodos conocidos por cualquier experto en la materia. La temperatura de la celda de análisis se mantiene a la temperatura a la que se quiere realizar el análisis. The analysis cell (2) houses the sample under analysis. The internal volume of said analysis cell (2), discounting the volume occupied by the sample to be analyzed is known or can be calculated using methods known to any person skilled in the art. The temperature of the analysis cell is maintained at the temperature at which the analysis is to be performed.
Para realizar el análisis para obtener las isotermas de sorción total e individuales de cada componente con el equipo descrito en el primer ejemplo de realización, se extrae de la celda de análisis (2) una determinada cantidad de gas que está en equilibrio en dicha celda de análisis (2). Este gas extraído pasa a la celda de expansión de volumen conocido (3) donde se expande. Esta expansión puede realizarse partiendo de una configuración en la que durante la espera del equilibrio, a válvula de expansión (11) está cerrada, se abre durante un breve periodo de tiempo y se vuelve a cerrar, obteniendo una porción del gas que está en equilibrio para analizar su composición. To perform the analysis to obtain the total and individual sorption isotherms of each component with the equipment described in the first embodiment, a certain amount of gas that is in equilibrium in said cell is extracted from the analysis cell (2) analysis (2). This extracted gas passes to the known volume expansion cell (3) where it expands. This expansion can be carried out based on a configuration in which, while waiting for equilibrium, the expansion valve (11) is closed, opens for a short period of time and closes again, obtaining a portion of the gas that is in equilibrium. to analyze its composition.
Otra posibilidad es tener abierta la válvula de expansión (11) mientras se espera a tener en equilibrio el gas en la celda de análisis (2) y en el momento en que se alcanza dicho equilibrio, se cierra la válvula de expansión (11) Y se puede analizar el gas que ha quedado en la celda de expansión de volumen conocido (3). Another possibility is to have the expansion valve (11) open while waiting to have the gas in equilibrium in the analysis cell (2) and at the moment that equilibrium is reached, the expansion valve (11) is closed AND The gas that has remained in the known volume expansion cell (3) can be analyzed.
En los dos casos descritos, el gas encerrado en la celda de expansión de volumen conocido (3) tiene la misma composición que el gas en equilibrio de la muestra. In the two cases described, the gas enclosed in the known volume expansion cell (3) has the same composition as the equilibrium gas of the sample.
Una vez que el gas está contenido en la celda de expansión de volumen conocido (3) y la presión es estable, se miden la presión y la temperatura de dicha celda (3), se analiza la composición del gas encerrado en esta celda con un sistema de análisis de la composición y mediante una ecuación de gas real, la que sea más oportuna en cada caso, se calcula la cantidad total del gas y de cada uno de los componentes que forman la mezcla extraída. En caso de que las condiciones de presión y temperatura lo permitan, se podrían utilizar las ecuaciones de gas Once the gas is contained in the known volume expansion cell (3) and the pressure is stable, the pressure and temperature of said cell (3) are measured, the composition of the gas enclosed in this cell is analyzed with a system of analysis of the composition and by means of a real gas equation, whichever is more opportune in each case, the total amount of the gas and each of the components that make up the extracted mixture is calculated. In case the pressure and temperature conditions allow it, the gas equations could be used
1 O 1 o
2 O 2 o
2 5 2 5
3 O 3 o
4 O 4 o
5 O 5 o
ideal. Así se conoce la composición del gas que hay la celda de expansión (3), se utiliza en los cálculos de adsorción y se corrige la cantidad de gas total y de cada uno de los componentes del gas. ideal. This is how the composition of the gas in the expansion cell (3) is known, is used in adsorption calculations and the amount of total gas and each of the gas components is corrected.
El equipo según la primera realización, puede no llevar un sensor de presión en la celda de expansión de volumen conocido (6) en cuyo caso se utiliza la medida del sensor de presión de la celda de análisis (5) o del sensor de presión en el distribuidor (4) para medir la presión final alcanzada cuando se expande el gas a la celda de expansión de volumen conocido (3). Otra realización posible es una que incluya más de un sensor de presión en la celda de expansión del volumen conocido (6) en caso de que se considere que pueden alcanzarse presiones dentro de un intervalo muy amplio, o incluso se pueden colocar válvulas que permitan aislar dichos sensores de presión (6) en caso de que las presiones alcancen valores que puedan dañar los propios sensores. La celda de expansión de volumen conocido (3) puede comprender una válvula de aislamiento por cada sensor de presión de la celda de expansión (6) que permite dicho aislamiento de los sensores de presión (6) si la presión alcanza valores que los puedan dañar.También es posible añadir en el equipo un control de temperatura en la celda de expansión de volumen conocido (3) para aumentar la precisión de medida. También se puede instalar más de una celda de expansión de volumen conocido (3) dependiendo de las características concretas del gas a analizar, de su presión, de su temperatura y del sistema de análisis de composición utilizado, para poder extraer mayor o menor cantidad de gas de la celda de análisis (2). En el caso de que el equipo tenga más de una celda de análisis (2), puede resultar interesante instalar uno o más volúmenes de expansión de volumen conocido (3) conectados a cada una de las celdas de análisis (2). Otra opción posible es conectar un mayor número de válvulas a la celda de expansión del volumen conocido (3), esto permite desmontar la celda de expansión de volumen conocido (3) y llevarla a otro lugar para analizar la composición del gas contenido, extraer el gas contenido en la celda de expansión de volumen conocido (3) mediante una fuente de vacío, extraer el gas contenido en la celda de expansión de volumen conocido (3) mediante la entrada de un gas de dilución o de arrastre, conectar la celda de expansión de volumen conocido (3) con otros elementos del equipo, conectar la celda de expansión de volumen conocido (3) a otras celdas de análisis (2) en el caso de que el equipo dispusiera de más de una y se utilizara la celda de expansión de volumen conocido (3) de forma compartida. Cualquier combinación de las anteriores también queda enmarcada dentro de la presente invención. The equipment according to the first embodiment may not carry a pressure sensor in the known volume expansion cell (6) in which case the measurement of the pressure sensor of the analysis cell (5) or of the pressure sensor is used in the distributor (4) to measure the final pressure reached when the gas is expanded to the known volume expansion cell (3). Another possible embodiment is one that includes more than one pressure sensor in the expansion cell of the known volume (6) in case it is considered that pressures can be reached within a very wide range, or even valves that allow isolating can be placed said pressure sensors (6) in case the pressures reach values that could damage the sensors themselves. The known volume expansion cell (3) can comprise an isolation valve for each pressure sensor of the expansion cell (6) that allows said isolation of the pressure sensors (6) if the pressure reaches values that can damage them It is also possible to add a temperature control in the known volume expansion cell (3) to the equipment to increase the measurement accuracy. It is also possible to install more than one expansion cell of known volume (3) depending on the specific characteristics of the gas to be analyzed, its pressure, its temperature and the composition analysis system used, in order to extract more or less quantity of gas of the analysis cell (2). In the case that the equipment has more than one analysis cell (2), it may be interesting to install one or more expansion volumes of known volume (3) connected to each of the analysis cells (2). Another possible option is to connect a larger number of valves to the expansion cell of the known volume (3), this allows to disassemble the expansion cell of known volume (3) and take it to another place to analyze the composition of the contained gas, extract the gas contained in the known volume expansion cell (3) by means of a vacuum source, extract the gas contained in the known volume expansion cell (3) by entering a dilution or entrainment gas, connect the cell known volume expansion (3) with other elements of the equipment, connect the known volume expansion cell (3) to other analysis cells (2) in the event that the equipment has more than one and the cell is used known volume expansion (3) in a shared way. Any combination of the foregoing is also framed within the present invention.
En el segundo ejemplo de realización del equipo el sistema de extracción (19) tiene al menos una segunda celda de expansión (18). La extracción del gas que hay en la celda de análisis (2) se realiza igual que en el primer ejemplo de realización. En este caso sin embargo no es necesario conocer el volumen de la segunda celda de expansión (18) ni tampoco la presión del gas en dicha celda ya que el equipo tiene un medidor de caudal de precisión (17) conectado a la segunda celda de expansión (18). En este caso, la segunda celda de expansión In the second embodiment of the equipment, the extraction system (19) has at least a second expansion cell (18). The extraction of the gas in the analysis cell (2) is carried out in the same way as in the first embodiment. In this case, however, it is not necessary to know the volume of the second expansion cell (18) or the gas pressure in said cell since the equipment has a precision flow meter (17) connected to the second expansion cell (18). In this case, the second expansion cell
(18) se puede limitar al volumen interno contenido entre la válvula de expansión (11) Y el medidor de caudal de precisión (17). (18) can be limited to the internal volume contained between the expansion valve (11) and the precision flow meter (17).
Asimismo, el equipo del segundo ejemplo de realización puede ser modificado para dar mayor o menor flexibilidad. En la segunda celda de expansión (18) se puede conectar más de un medidor de caudal de precisión Also, the equipment of the second embodiment can be modified to give more or less flexibility. In the second expansion cell (18), more than one precision flow meter can be connected
(17) que puede resultar interesante cuando, a lo largo de un análisis, las cantidades extraídas tengan un amplio intervalo, por lo que puede ser conveniente tener diferentes medidores de caudal de precisión (17), utilizando en cada momento aquel que se ajuste mejor en sus características de medida a la naturaleza del gas a analizar, a la cantidad de gas a medir y/o a su presión y temperatura. También se puede instalar un número variable de válvulas conectadas a la segunda celda de expansión (18) y/o al medidor de caudal de precisión (17). Dependiendo del tipo de análisis de composición que se vaya a realizar al gas contenido en la segunda celda de expansión (18), puede ser interesante conectar más válvulas a la celda de expansión (18) y/o al medidor de caudal de precisión (17) para poder desmontar la segunda celda de expansión (18) y llevarlo a otro lugar para analizar la composición del gas contenido, extraer el gas contenido en la segunda celda de expansión (18) mediante una fuente de vacío, extraer el gas contenido en la segunda celda de expansión (18) mediante la entrada de un gas de dilución o de arrastre, conectar la segunda celda de expansión (18) con otras partes del equipo, conectar la segunda celda de expansión (18) a otras celdas de análisis (2) en el caso de que el equipo dispusiera de más de una y se utilizara la segunda celda de expansión (18) de forma compartida, instalación de un controlador de caudal. Otra opción posible es la instalación de un controlador de caudal en vez de un medidor de caudal de precisión (17) o junto a éste. De esta manera, puede controlarse con mayor precisión la salida del gas contenido en la celda de expansión (18), pudiendo fijar el caudal a un determinado valor constante y, por lo tanto, conocer con mayor precisión la cantidad total de gas extraída del sistema. (17) that may be interesting when, throughout an analysis, the quantities extracted have a wide range, so it may be convenient to have different precision flow meters (17), using at any time the one that best fits in its measurement characteristics to the nature of the gas to be analyzed, the amount of gas to be measured and / or its pressure and temperature. A variable number of valves connected to the second expansion cell (18) and / or the precision flow meter (17) can also be installed. Depending on the type of composition analysis to be performed on the gas contained in the second expansion cell (18), it may be interesting to connect more valves to the expansion cell (18) and / or the precision flow meter (17 ) to be able to disassemble the second expansion cell (18) and take it to another place to analyze the composition of the contained gas, extract the gas contained in the second expansion cell (18) by means of a vacuum source, extract the gas contained in the second expansion cell (18) by entering a dilution or entrainment gas, connect the second expansion cell (18) with other parts of the equipment, connect the second expansion cell (18) to other analysis cells (2 ) in the case that the team had more than one and the second expansion cell (18) was used in a shared way, installation of a flow controller. Another possible option is the installation of a flow controller instead of a precision flow meter (17) or next to it. In this way, the output of the gas contained in the expansion cell (18) can be controlled more precisely, the flow can be set at a certain constant value and, therefore, know more accurately the total amount of gas extracted from the system .
El sistema de extracción (19) se puede separar del resto del equipo de forma que se puede transportar. Esto es especialmente útil por ejemplo cuando el sistema de análisis de la composición del equipo está situado fuera de éste tal que se puede trasladar el sistema de extracción (19) hasta donde está el sistema de análisis y conectarlo a él. En las realizaciones del equipo en las que el sistema de extracción (19) se puede separar del resto del equipo, dicho sistema de extracción (19) comprende unas válvulas que permiten cerrar el paso de la muestra desde la celda de análisis (2) hasta el sistema de extracción (19) y que permiten el aislamiento de dicha celda de expansión (19) para poder transportarla y unirla al sistema de análisis de la composición. Es decir, el sistema de extracción (19) comprende unas válvulas entre la celda de análisis (2) y el sistema de extracción (19) que permiten el aislamiento de dicha celda de expansión (19) para poder transportarla. The extraction system (19) can be separated from the rest of the equipment so that it can be transported. This is especially useful, for example, when the equipment composition analysis system is located outside the equipment such that the extraction system (19) can be moved to where the analysis system is and connected to it. In the embodiments of the equipment in which the extraction system (19) can be separated from the rest of the equipment, said extraction system (19) comprises valves that allow the sample passage from the analysis cell (2) to be closed to the extraction system (19) and that allow the isolation of said expansion cell (19) to be able to transport it and join it to the composition analysis system. That is, the extraction system (19) comprises valves between the analysis cell (2) and the extraction system (19) that allow the isolation of said expansion cell (19) to be able to transport it.
Claims (1)
2-Equipo según la reivindicación 1 que incluye al menos un sensor de presión de la celda de análisis (5).
2-Equipment according to claim 1 which includes at least one pressure sensor of the analysis cell (5).
4-Equipo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 que comprende un sensor de temperatura en la 2 O celda de análisis (15).
4-Equipment according to any one of claims 1 to 3 comprising a temperature sensor in the 2 O analysis cell (15).
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201200904A ES2456775B2 (en) | 2012-09-19 | 2012-09-19 | Multi-component gas and / or vapor sorption equipment |
| PCT/ES2013/070517 WO2014044882A1 (en) | 2012-09-19 | 2013-07-17 | Device for multi-component gas and/or vapour sorption |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201200904A ES2456775B2 (en) | 2012-09-19 | 2012-09-19 | Multi-component gas and / or vapor sorption equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2456775A1 true ES2456775A1 (en) | 2014-04-23 |
| ES2456775B2 ES2456775B2 (en) | 2014-12-04 |
Family
ID=50340608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES201200904A Active ES2456775B2 (en) | 2012-09-19 | 2012-09-19 | Multi-component gas and / or vapor sorption equipment |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2456775B2 (en) |
| WO (1) | WO2014044882A1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2161607A (en) * | 1984-07-09 | 1986-01-15 | Quantachrome Corp | Automatic volumetric sorption analyzer |
| US4972730A (en) * | 1989-03-16 | 1990-11-27 | Micromeritics Instrument Corporation | System for dosing and determining saturation pressure in a volumetric sorption analyzer |
| ES2356418A1 (en) * | 2007-03-07 | 2011-04-08 | Universidad De Alicante | Method and equipment for measuring the high-pressure sorption isotherms of supercritical fluids and gases |
-
2012
- 2012-09-19 ES ES201200904A patent/ES2456775B2/en active Active
-
2013
- 2013-07-17 WO PCT/ES2013/070517 patent/WO2014044882A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2161607A (en) * | 1984-07-09 | 1986-01-15 | Quantachrome Corp | Automatic volumetric sorption analyzer |
| US4972730A (en) * | 1989-03-16 | 1990-11-27 | Micromeritics Instrument Corporation | System for dosing and determining saturation pressure in a volumetric sorption analyzer |
| ES2356418A1 (en) * | 2007-03-07 | 2011-04-08 | Universidad De Alicante | Method and equipment for measuring the high-pressure sorption isotherms of supercritical fluids and gases |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATRICK S. BARCIA. Single and multicomponent sorption of CO2, CH4 y N2 in a microporous metal-organic framework. SEPARATION SCIENCE AND TECHNOLOGY. Vol. 43, 2008, páginas 3494-3521. Resumen y páginas 3501-3508 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2456775B2 (en) | 2014-12-04 |
| WO2014044882A1 (en) | 2014-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Martin et al. | Evaluation and environmental correction of ambient CO 2 measurements from a low-cost NDIR sensor | |
| CN103852437B (en) | A kind of mid-infrared light spectral measurement system and method for greenhouse gas emission flux | |
| ES2535830T3 (en) | Pressure reservoir fluid analysis | |
| Esmaili et al. | Impact of sterile neutrinos on the early time flux from a galactic supernova | |
| CN104713803A (en) | Method for accurately measuring absorbed phase density of methane on shale | |
| Watai et al. | A lightweight observation system for atmospheric carbon dioxide concentration using a small unmanned aerial vehicle | |
| Turnbull et al. | An integrated flask sample collection system for greenhouse gas measurements | |
| CN103383318B (en) | Carbon dioxide harvester in soil | |
| CN205562386U (en) | Nature atmospheric aerosol muller matrix automatic measuring device | |
| US20150143869A1 (en) | Method for internal combustion engine exhaust flow measurement calibration and operation | |
| CN106198306A (en) | A kind of method measuring Adsorbate Gas absorption phase density in adsorbate | |
| ES2456775A1 (en) | Device for multi-component gas and/or vapour sorption | |
| Pickers | New applications of continuous atmospheric O2 measurements: meridional transects across the Atlantic Ocean, and improved quantification of fossil fuel‐derived CO2 | |
| CN108120654A (en) | Multi-functional canister pilot system and test method | |
| Abe et al. | Uncertainty analysis for trace-moisture standard realized using a magnetic suspension balance/diffusion-tube humidity generator developed at NMIJ | |
| van der Beek et al. | Results of the evaluation and preliminary validation of a primary LNG mass flow standard | |
| CN104678767B (en) | Any regulation of carbon dioxide flux and the method and standard set-up of leakage and back-diffusion coefficient | |
| Dlugi et al. | The balances of mixing ratios and segregation intensity: a case study from the field (ECHO 2003) | |
| CN108445191B (en) | The measurement method and measuring device of soil ice content in a kind of frozen soil | |
| ES2403016B2 (en) | EQUIPMENT FOR THE DETERMINATION OF THE ADSORTION OF BINARY GAS MIXTURES IN ADSORBENT SOLIDS. | |
| RU2771336C1 (en) | Method for evaluating the effectiveness of the fire extinguishing system of aircraft compartments | |
| Zhou et al. | Air temperature equation derived from sonic temperature and water vapor mixing ratio for air flow sampled through closed-path eddy-covariance flux systems | |
| CN214408773U (en) | Local heat release rate measurement system | |
| CN207502393U (en) | The dilution error detection device of calibrating gas dilution device based on infra-red gas analyzer | |
| Richter et al. | Absolute and relative emissions analysis in practical combustion systems—effect of water vapor condensation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2456775 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20141204 |