RU2083971C1

RU2083971C1 - Process determining content of oil products in water and device for its implementation

Info

Publication number: RU2083971C1
Application number: RU94038621A
Authority: RU
Inventors: О.В. Молчанов; В.Н. Ларичев; А.А. Широков; А.Н. Литвиненко; В.И. Кабанов; В.Ф. Данилов; Г.Г. Гужавин; Е.И. Алаторцев
Original assignee: Ульяновское высшее военно-техническое училище им.Богдана Хмельницкого
Priority date: 1994-10-14
Filing date: 1994-10-14
Publication date: 1997-07-10
Also published as: RU94038621A

Abstract

FIELD: measurement technology, petrochemical industry, monitoring content of oil products in sewage. SUBSTANCE: fluid is taken into vessel for analysis from continuous flow, it is exposed to radiation of monochromatic coherent source in wave range from 0.2 to 0.1 μm. Focusing of radiation in central part of vessel for analysis is provided with energy irradiance from 10¹⁰ to 10¹⁴ B/sq. m Determination of amount of oil products in water is carried out by summary intensity of spectra of forced combination dispersal of number of characteristic length of wave of functional groups of oil products. EFFECT: expanded application field, improved authenticity of determination. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в различных отраслях народного хозяйства, например в нефтехимической промышленности для контроля за содержанием нефтепродуктов в сточных водах. The invention relates to measuring equipment and can be applied in various sectors of the economy, for example, in the petrochemical industry for monitoring the content of petroleum products in wastewater.

Известны способ и устройство измерения концентрации нефтепродуктов в воде, в основу работы которых заложен принцип перевода центрифугированием дисперсной фазы в пленочную, состоящую из нефтепродуктов. Специальным датчиком измеряется толщина пленки нефтепродукта, которая электронным преобразователем трансформируется в полезный сигнал на цифровом табло прибора в концентрацию нефтепродуктов (1). A known method and device for measuring the concentration of petroleum products in water, the basis of which is the principle of centrifugation of the dispersed phase into a film phase consisting of petroleum products. A special sensor measures the thickness of the film of oil product, which is converted by an electronic converter into a useful signal on the digital display of the device into the concentration of oil products (1).

Недостатками данного способа являются низкие технологические возможности, связанные с невозможностью контроля непрерывного потока жидкости и низкого диапазона измерения концентрации нефтепродуктов. The disadvantages of this method are the low technological capabilities associated with the inability to control a continuous fluid flow and a low range for measuring the concentration of petroleum products.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению являются способ определения нефтепродуктов ИК-спектрофотометрии и устройство на котором он реализуется, выбранные в качестве прототипа (2). The closest in technical essence and the achieved result to the invention are a method for determining petroleum products of IR spectrophotometry and the device on which it is implemented, selected as a prototype (2).

Способ основан на измерении поглощения нефтепродуктами инфракрасного излучения (2926 см^-1) с предварительной их экстракцией из анализируемой воды. При осуществлении способа экстракция нефтепродуктов из воды производится в пробоподготовительной системе, затем экстракт поступает в кювету оптического блока инфракрасного фотометрического анализатора. Концентрация измеряется по показаниям индикаторного прибора и градуировочному графику.The method is based on measuring the absorption of infrared radiation by oil products (2926 cm ^-1 ) with their preliminary extraction from the analyzed water. When implementing the method, the extraction of oil from water is carried out in a sample preparation system, then the extract enters the cuvette of the optical unit of the infrared photometric analyzer. Concentration is measured by the indications of the indicator device and the calibration graph.

Устройство реализовано на лабораторном инфракрасном анализаторе ЛИКА-71. Устройство работает следующим образом. В пробоподготовительной системе производится экстракция нефтепродуктов. Очищенный от нерастворимых примесей экстракт поступает для измерения в оптическую систему прибора. Излучение источника конденсатором и объективом направлено параллельным лучом через кювету, обтюратор, светофильтры на объектив, который проектирует изображение диафрагмы на фотоприемник. Опорный сигнал поступает на транзисторный фазовый детектор. Измерительный сигнал с фотоприемника усиливается и стабилизируется каскадом усилителей. Измерительный прибор включен на выходе фазового детектора. The device is implemented on a laboratory infrared analyzer LIKA-71. The device operates as follows. In the sample preparation system, oil products are extracted. The extract, purified from insoluble impurities, is supplied for measurement to the optical system of the device. The radiation of the source by the capacitor and the lens is directed by a parallel beam through a cuvette, an obturator, and optical filters to a lens that projects the image of the diaphragm onto a photodetector. The reference signal is fed to a transistor phase detector. The measuring signal from the photodetector is amplified and stabilized by a cascade of amplifiers. The measuring device is switched on at the output of the phase detector.

Недостатками данного способа и устройства, выбранных в качестве прототипа, являются сложность и длительность проведения анализа, невозможность проведения анализа в режиме потока. The disadvantages of this method and device selected as a prototype are the complexity and duration of the analysis, the inability to conduct analysis in flow mode.

Изобретение решает задачи упрощения конструкции устройства, повышения технологических возможностей способа за счет обеспечения проведения анализа в непрерывном режиме и сокращения временных затрат на проведение анализа. The invention solves the problem of simplifying the design of the device, increasing the technological capabilities of the method by providing continuous analysis and reducing the time spent on analysis.

Решение указанных задач достигается тем, что помещение жидкости в емкость для анализа осуществляется непрерывным потоком, просвечивание ее проводится монохроматическим когерентным источником излучения в диапазоне длин волн от 0,2 до 1,1 мкм, обеспечивается фокусировка излучения в центральной части емкости с энергетической облученностью от 10¹⁰ до 10¹⁴ Вт/м². Определение количества нефтепродуктов в воде осуществляется по суммарной интенсивности спектров вынужденного комбинированного рассеивания ряда характерных длин волн функциональных групп нефтепродуктов, а с целью коррекции полученных результатов от влияния мутности сравнивается интенсивность спектров комбинированного рассеивания нефтепродуктов с интенсивностью спектра комбинационного рассеивания воды в емкости для анализа.The solution of these problems is achieved by the fact that the liquid is placed in a container for analysis by a continuous flow, its translucence is carried out by a monochromatic coherent radiation source in the wavelength range from 0.2 to 1.1 μm, and radiation is focused in the central part of the vessel with energy irradiation from 10 ¹⁰ to 10 ¹⁴ W / m ² . The amount of oil products in water is determined by the total intensity of the spectra of stimulated combined dispersion of a number of characteristic wavelengths of the functional groups of oil products, and in order to correct the results obtained from the influence of turbidity, the intensity of the spectra of combined dispersion of oil products is compared with the intensity of the spectrum of Raman dispersion of water in the analysis tank.

Данные признаки являются существенными для решения задачи изобретения, т.к. непрерывное поступление жидкости в емкость для анализа позволяет практически постоянно иметь информацию о содержании нефтепродуктов в воде. Просвечивание анализируемой жидкости монохроматическим когерентным источником излучения позволяет выделить узкие полосы комбинационного рассеивания ряда характерных длин волн функциональных групп нефтепродуктов и воды, которые определяются по формуле

где λ_кр длина волны комбинационного рассеивания;
λ_из длина волны источника излучения;
λ_ик длина волны инфракрасного поглощения функциональной группы нефтепродуктов.These signs are essential for solving the problem of the invention, because continuous flow of fluid into the analysis tank allows you to almost constantly have information about the content of petroleum products in the water. Translucence of the analyzed liquid with a monochromatic coherent radiation source allows us to identify narrow Raman bands of a number of characteristic wavelengths of the functional groups of oil products and water, which are determined by the formula

where λ _cr wavelength of Raman scattering;
λ _of the wavelength of the radiation source;
λ _ik wavelength of infrared absorption of the functional group of petroleum products.

Определение концентрации нефтепродуктов по интенсивности спектров комбинационного рассеивания позволяет проведение анализа сделать непосредственно в водном образце, без операции экстрагирования, т.к. измерение проводится в области спектра, оптически прозрачном для воды, в то время как измерение инфракрасного поглощения нефтепродуктов на длине волны 2926 см^-1 непосредственно в воде невозможно из-за полного поглощения водой этого излучения. Сравнение интенсивности спектров комбинационного рассеивания нефтепродуктов и спектра комбинационного рассеивания воды необходимо для коррекции результатов измерения от влияния мутности.Determining the concentration of oil products by the intensity of the Raman spectra allows the analysis to be done directly in the water sample, without the extraction operation, because the measurement is carried out in the spectral region that is optically transparent to water, while the measurement of infrared absorption of oil products at a wavelength of 2926 cm ^-1 directly in water is impossible due to the complete absorption of this radiation by water. A comparison of the intensities of the Raman spectra of oil products and the Raman spectrum of water is necessary to correct the measurement results from the influence of turbidity.

Способ определения содержания нефтепродуктов в воде реализуется на предлагаемом устройстве, структурная схема которого представлена на чертеже. A method for determining the content of petroleum products in water is implemented on the proposed device, a structural diagram of which is shown in the drawing.

Устройство содержит источник излучения 1, выполненный в виде неодимового лазера на основе алюминий-иттриевого граната, выход излучения которого оптически сопряжен с удвоителем частоты 2. На оптической оси излучения расположены фокусирующие линзы 3 и 4, между которыми находится емкость для анализа 5, выполненная в виде трубопровода, корпус которого снабжен двумя оптически прозрачными и расположенными напротив друг друга окнами 6 и 7, а также спектроанализатор 8 выполненный в виде корпуса, стенки которого снабжены входной 9 и выходными 10 щелями. Внутри корпуса спектроанализатора установлены два плоских зеркала 11 и 12 и вогнутая дифракционная решетка 13. Выходные щели 10 соединены посредством волоконно-оптических световодов 14 с двумя фотоприемниками 15 и 16, электрически связанными с усилителем 17, аналого-цифровым преобразователем 18 и электронно-вычислительной машиной 19. The device contains a radiation source 1, made in the form of a neodymium laser based on aluminum-yttrium garnet, the radiation output of which is optically coupled to a frequency doubler 2. Focusing lenses 3 and 4 are located on the optical axis of the radiation, between which there is an analysis capacitance 5 made in the form a pipeline, the casing of which is equipped with two optically transparent and opposite to each other windows 6 and 7, as well as a spectrum analyzer 8 made in the form of a casing, the walls of which are provided with an input 9 and output 10 of the slot and. Two flat mirrors 11 and 12 and a concave diffraction grating 13 are installed inside the spectrum analyzer body. The output slots 10 are connected via fiber optic optical fibers 14 with two photodetectors 15 and 16, electrically connected to an amplifier 17, an analog-to-digital converter 18, and an electronic computer 19 .

Способ определения содержания нефтепродуктов в воде реализуется на данном устройстве следующим образом. The method for determining the content of petroleum products in water is implemented on this device as follows.

Исследуемая жидкость поступает непрерывным потоком в емкость для анализа 5, например, с помощью автоматического пробоотборника (не показан). Излучение источника 1 с длиной волны 1,064 мкм, проходя через удвоитель частоты 2, преобразуется в длину волны 0,532 мкм и попадает на линзу 3, которая фокусирует излучение через окно 6 в центральную часть емкости 5, обеспечивая высокую энергетическую облученность пробы, тем самым вызывая вынужденное комбинационное рассеивание функциональных групп нефтепродуктов и воды, затем излучение расходящимся пучком через окно 7 емкости 5 попадает на линзу 4, которая фокусирует его на входную щель 9 стеклоанализатора 8. Пройдя щель 9, пучок снова становится расходящимся, отклоняется плоским зеркалом 11 и попадает на вогнутую дифракционную решетку 13, которая разлагает его в спектр, фокусирует составляющие спектра отклоняющее плоское зеркало 12 на выходные щели 10 спектроанализатора 8. Выходные щели 10, соответствующие спектрам комбинационного рассеивания ряда функциональных групп нефтепродуктов, через световоды 14 передают излучение на фотоприемник 15, который измеряет суммарную интенсивность излучения спектров комбинационного рассеивания нефтепродукта. А щель, соответствующая спектру комбинационного рассеивания воды, передает излучение на фотоприемник 16, измеряющий спектр комбинационного рассеивания воды. Сигналы от фотоприемников 15 и 16 усиливаются усилителем 17, преобразуются в цифровой сигнал аналого-цифровым преобразователем 18 и поступают на ЭВМ 19, которая по заранее заложенной программе обрабатывает показания сигналов и определяет количественное содержание нефтепродуктов в воде. Причем интенсивность спектра комбинационного рассеивания воды используется как нормализующий фактор, учитывающий изменение мутности пробы и фон внутри спектроанализатора. The test liquid flows in a continuous stream into the analysis tank 5, for example, using an automatic sampler (not shown). The radiation of source 1 with a wavelength of 1.064 μm, passing through a frequency doubler 2, is converted to a wavelength of 0.532 μm and enters the lens 3, which focuses the radiation through the window 6 into the central part of the container 5, providing high energy irradiation of the sample, thereby causing a forced Raman dispersion of the functional groups of oil products and water, then the radiation from the diverging beam through the window 7 of the tank 5 falls on the lens 4, which focuses it on the entrance slit 9 of the glass analyzer 8. After passing through the gap 9, the beam again becomes p converging, deflected by a flat mirror 11 and hit a concave diffraction grating 13, which decomposes it into a spectrum, focuses the spectrum components on a deflecting flat mirror 12 on the output slots 10 of the spectrum analyzer 8. The output slots 10, corresponding to the Raman spectra of a number of functional groups of oil products, through the optical fibers 14 transmit radiation to the photodetector 15, which measures the total radiation intensity of the Raman spectra of the oil product. And the gap corresponding to the spectrum of Raman scattering of water transmits radiation to the photodetector 16, measuring the spectrum of Raman scattering of water. The signals from the photodetectors 15 and 16 are amplified by an amplifier 17, converted into a digital signal by an analog-to-digital converter 18 and fed to a computer 19, which, according to a predetermined program, processes the signal readings and determines the quantitative content of oil products in the water. Moreover, the intensity of the Raman spectrum of water is used as a normalizing factor, taking into account the change in the turbidity of the sample and the background inside the spectrum analyzer.

Данный способ определения содержания нефтепродуктов в воде и устройство для его осуществления позволяют по сравнению с прототипом упростить конструкцию прибора, вследствие отсутствия узла подготовки пробы, квантования и детектирования сигнала, расширить его технологические возможности за счет обеспечения непрерывности контроля и сокращения времени анализа. This method of determining the content of petroleum products in water and a device for its implementation make it possible to simplify the design of the device, due to the lack of a sample preparation unit, quantize and detect a signal, to expand its technological capabilities by ensuring continuous monitoring and reducing analysis time.

Claims

1. The method of determining the content of petroleum products in water, including placing the test fluid in the tank for analysis, exposing it to a source of radiation, followed by determining the amount of petroleum products by changing the intensity of the light flux and comparing it with the background, characterized in that the test fluid is placed in the tank for analysis continuous flow, translucence is carried out by a monochromatic coherent radiation source in the wavelength range of 0.2 1.1 μm and ensuring focusing of radiation in prices the trailing part of the tank for analysis with energy irradiation of 10 ¹ ⁰ 10 ¹ ⁴ W / m ² with subsequent determination of the amount of oil products from the total intensity of the spectra of stimulated Raman scattering of a number of characteristic wavelengths of functional groups of oil products and comparing them with the intensity of the spectrum of Raman scattering of water, while determining carried out in the spectral region optically transparent to water.

2. A device for determining the content of petroleum products in water, containing a radiation source with an optical focusing circuit, a capacitance for analysis and an optoelectronic processing circuit of the output signal, characterized in that the radiation source is made in the form of a neodymium laser based on aluminum-yttrium garnet, the radiation output which is optically coupled to a frequency doubler, the analysis tank is made in the form of a pipeline section, the casing of which is equipped with two optically transparent and opposite windows and the optoelectronic processing circuit is made in the form of a spectrum analyzer, the outputs of which are connected via fiber-optic optical fibers to at least two photodetector devices electrically connected to signal processing devices and computers, while the spectrum analyzer contains a concave diffraction grating optically coupled by two plane mirrors with the input and outputs of the spectrum analyzer in the form of slots located in the plane of the radiation spectrum.