一种测量气体在液体中溶解度的变体积定压装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量气体在液体中溶解度的变体积定压装置及方法，包括气体样品瓶、气体腔、平衡腔、带有磁力搅拌器的恒温槽、压力传感器、温度计、气相色谱仪、减压阀、控压气瓶、真空泵、数据实时采集系统。所述气体腔用于控制和计算平衡腔中气体的进样量；所述平衡腔带有可视窗和移动活塞，可以观测液面高度和调节其内部压力；所述控压气瓶通过调节移动活塞保持平衡腔内压力的恒定。本发明专利技术通过外部大容量气瓶稳定平衡腔内部压力的方法，实现了定压下气体纯质及混合物在液体中溶解度的测量，并可以避免取样造成的溶解平衡偏移。

Variable volume constant pressure device and method for measuring solubility of gas in liquid

Change the volume of the invention discloses a method for measuring gas solubility in the liquid pressure setting device and method, including sample gas bottles, gas cavity, cavity, balance with magnetic stirrer, thermostat thermometer, pressure sensor, gas chromatograph, pressure control valve, cylinder, vacuum pump, real-time data acquisition system. The gas chamber is used to control and balance the calculation of gas cavity in the sample volume; the balance cavity with a visual window and move the piston, can observe the liquid level and adjust its internal pressure; the pressure cylinder through constant adjustment of balance moving piston cavity pressure. The present invention by the external cavity internal pressure capacity of the gas balance, to achieve constant pressure measurement of gas solubility of pure substance and mixture in the liquid, and can avoid the equilibrium offset caused by sampling.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于流体热物理性质测量
，涉及一种适用于测量气体纯质及混合物在液体中溶解度的装置及方法。
技术介绍
存在气液接触的工业过程几乎都涉及到气体在液体中的溶解。气体在液体中的溶解度是这些工业过程设计时必需的基础数据。气体在液体中溶解度的测量方法主要有重力天平法、石英晶体微天平法、称重法、气相色谱法、泡点法、等体积饱和法等。在众多的测量方法中，等体积饱和法由于操作简单、精度较高、产出效率高等优点而被广泛应用。然而，由于设计上的不足，等体积饱和法很难测量指定压力下气体的溶解度，复现较难。另外，对气体进行采样时，会引起压力波动，破坏原有的溶解平衡，造成混合气体成分的变化，使多次测量结果不一致，因此不适用于混合气体在液体中溶解度的测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测量气体在液体中溶解度的变体积定压装置及方法，解决等体积饱和法所存在的问题，为获取能源化工领域所需求的气体溶解度数据提供技术支持。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种测量气体在液体中溶解度的变体积定压装置，该装置包括气体腔、平衡腔、恒温槽以及控压气瓶，所述气体腔以及平衡腔设置于恒温槽内，平衡腔内设置有活塞，活塞将平衡腔分隔为位于活塞以上的溶气子腔室以及位于活塞以下的高压子腔室两部分，控压气瓶的体积大于平衡腔的体积，控压气瓶通过带有减压阀以及压力传感器的管路与所述高压子腔室相连，平衡腔上设置有用于观测活塞位置变化的可视窗、与所述溶气子腔室相连通的进样阀以及用于检测所述溶气子腔室内温度的温度传感器，气体腔通过所述进样阀与平衡腔相连，气体腔上设置有用于检测气体腔内温度和压力的传感器。所述活塞的上表面平行于平衡腔底部，便于标定。所述恒温槽上设置有磁搅拌器，所述平衡腔的溶气子腔室内设置有由磁搅拌器驱动的磁转子。所述装置还包括第一阀门、第二阀门、第三阀门、第五阀门、真空泵以及气体样品瓶，第三阀门与气体腔相连，第一阀门设置于真空泵与第三阀门的连接管路上，第二阀门设置于气体样品瓶与第三阀门的连接管路上，第五阀门的一端与平衡腔的高压子腔室相连通。所述装置还包括气相色谱仪、第四阀门以及与平衡腔的溶气子腔室相连通的取样阀，气相色谱仪通过第四阀门与气体腔相连，气相色谱仪通过所述取样阀与平衡腔相连。所述装置还包括数据采集系统，所述温度传感器、压力传感器以及用于检测气体腔内温度和压力的传感器分别与数据采集系统相连。一种利用上述装置测量气体在液体中溶解度的方法，包括以下步骤：1)将体积为Vl、摩尔量为nl的液体加入平衡腔的溶气子腔室内，然后对气体腔、平衡腔的溶气子腔室、高压子腔室以及气体腔与平衡腔的连接管路抽真空；2)经过步骤1)后，将一定体积的目标气体充入并封闭于气体腔内，然后检测气体腔内的温度和压力；3)将气体腔内的部分目标气体充入并封闭于平衡腔的溶气子腔室内，然后检测气体腔内的温度和压力；4)经过步骤3)后，通过调节恒温槽的温度值使平衡腔内温度达到目标温度，然后，通过减压阀控制平衡腔的高压子腔室内压力达到目标压力，并保证目标压力要小于控压气瓶中气体的压力，待活塞不再移动时检测平衡腔的溶气子腔室内的温度和压力，并通过所述可视窗测量活塞的高度，根据该活塞的高度得到平衡腔的溶气子腔室内液体与未溶解的目标气体的总体积VE；当活塞不再移动时，平衡腔的溶气子腔室内的压力等于所述压力传感器测量的压力；5)计算溶解度根据步骤2)以及步骤3)检测的气体腔内的温度和压力以及气体腔的体积计算从气体腔充入平衡腔的溶气子腔室的气体的摩尔量Δn；根据步骤4)检测的平衡腔的溶气子腔室内的温度和压力以及平衡腔的溶气子腔室内未溶解的目标气体的体积Vg＝VE-Vl，计算所述未溶解的目标气体的摩尔量ng，根据Δn和ng计算溶解到液体中的目标气体的摩尔量为根据和nl计算目标温度和压力下目标气体溶解到液体中的摩尔分数x。所述步骤4)中，利用设置于平衡腔的溶气子腔室内的磁转子对液体进行搅拌，直至活塞不再移动。若目标气体为混合气体，则还要进行以下两次对于目标气体的检测；第一次是在步骤2)中，利用气相色谱仪对充入气体腔的目标气体的成分进行检测；第二次是在步骤4)中，利用气相色谱仪对所述未溶解的目标气体的成分进行检测；根据两次对于目标气体的检测得出溶解于液体的目标气体的成分。根据x计算得到目标气体在无限稀释溶液中的亨利常数。本专利技术的有益效果体现在：本专利技术中所述气体腔用于控制和计算平衡腔中气体的进样量；所述平衡腔带有可视窗和活塞，可以观测活塞高度和调节其内部压力；所述控压气瓶通过调节活塞保持平衡腔内压力的恒定。本专利技术通过外部大容量气瓶稳定平衡腔内部压力的方法，实现了定压下气体纯质及混合物在液体中溶解度的测量，并可以避免取样造成的溶解平衡偏移。本专利技术通过控压气瓶和活塞，不仅可对平衡腔的压力进行实时的调节，而且可消除气体溶解和取样造成的压力变化，实现等压测量并提高溶解度测量结果的准确度。通过连接气相色谱仪，本专利技术不仅适用于纯质气体在液体中溶解度的测量，还适用于混合气体在液体中溶解度的测量。附图说明图1为气体溶解度测定装置的结构示意图；图2为平衡腔结构设计图；其中，(a)为俯视图，(b)为侧视图；图3为平衡腔剖面图；图4为气体腔结构设计图；图中：1、气体样品瓶；2、真空泵；3、第一阀门；4、第二阀门；5、第三阀门；6、气相色谱仪；7、气体腔；8、铂电阻温度计；9、第四阀门；10、进样阀；11、取样阀；12、平衡腔；13、恒温槽；14、数据采集系统；15、压力传感器；16、第五阀门；17、减压阀；18、控压气瓶；19、固定螺栓；20、温度计插口；21、顶盖；22、可视窗；23、控压气瓶接口；24、密封垫；25、磁转子；26、活塞；27、镜片固定圈；28、镜片；29、O型圈；30、支架；31、压力传感器安装接口；32、气体腔腔体；33、出气口；34、进气口。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。参见图1，本专利技术所述测量气体在液体中溶解度的变体积定压装置，其主要包括：气体样品瓶1；真空泵2、第一阀门3、第二阀门4、第三阀门5、气相色谱仪6、气体腔7、温度传感器、第四阀门9、进样阀10、取样阀11、平衡腔12、恒温槽13、数据采集系统14、压力传感器、第五阀门16、减压阀17以及控压气瓶18。气体腔7通过不锈钢管道与气体样品瓶1、真空泵2和平衡腔12相连，用于测量输入到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量气体在液体中溶解度的变体积定压装置，其特征在于：该装置包括气体腔(7)、平衡腔(12)、恒温槽(13)以及控压气瓶(18)，所述气体腔(7)以及平衡腔(12)设置于恒温槽(13)内，平衡腔(12)内设置有活塞(26)，活塞(26)将平衡腔(12)分隔为位于活塞(26)以上的溶气子腔室以及位于活塞(26)以下的高压子腔室两部分，控压气瓶(18)的体积大于平衡腔(12)的体积，控压气瓶(18)通过带有减压阀(17)以及压力传感器(15)的管路与所述高压子腔室相连，平衡腔(12)上设置有用于观测活塞(26)位置变化的可视窗(22)、与所述溶气子腔室相连通的进样阀(10)以及用于检测所述溶气子腔室内温度的温度传感器，气体腔(7)通过所述进样阀(10)与平衡腔(12)相连，气体腔(7)上设置有用于检测气体腔内温度和压力的传感器。

【技术特征摘要】
1.一种测量气体在液体中溶解度的变体积定压装置，其特征在于：该装置包括气体
腔(7)、平衡腔(12)、恒温槽(13)以及控压气瓶(18)，所述气体腔(7)以及平衡腔
(12)设置于恒温槽(13)内，平衡腔(12)内设置有活塞(26)，活塞(26)将平衡腔
(12)分隔为位于活塞(26)以上的溶气子腔室以及位于活塞(26)以下的高压子腔室
两部分，控压气瓶(18)的体积大于平衡腔(12)的体积，控压气瓶(18)通过带有减
压阀(17)以及压力传感器(15)的管路与所述高压子腔室相连，平衡腔(12)上设置
有用于观测活塞(26)位置变化的可视窗(22)、与所述溶气子腔室相连通的进样阀(10)
以及用于检测所述溶气子腔室内温度的温度传感器，气体腔(7)通过所述进样阀(10)
与平衡腔(12)相连，气体腔(7)上设置有用于检测气体腔内温度和压力的传感器。
2.根据权利要求1所述一种测量气体在液体中溶解度的变体积定压装置，其特征在
于：所述活塞(26)的上表面平行于平衡腔(12)底部。
3.根据权利要求1所述一种测量气体在液体中溶解度的变体积定压装置，其特征在
于：所述恒温槽(13)上设置有磁搅拌器，所述平衡腔(12)的溶气子腔室内设置有由
磁搅拌器驱动的磁转子(25)。
4.根据权利要求1所述一种测量气体在液体中溶解度的变体积定压装置，其特征在
于：所述装置还包括第一阀门(3)、第二阀门(4)、第三阀门(5)、第五阀门(16)、真
空泵(2)以及气体样品瓶(1)，第三阀门(5)与气体腔(7)相连，第一阀门(3)设
置于真空泵(2)与第三阀门(5)的连接管路上，第二阀门(4)设置于气体样品瓶(1)
与第三阀门(5)的连接管路上，第五阀门(16)的一端与平衡腔(12)的高压子腔室相
连通。
5.根据权利要求1所述一种测量气体在液体中溶解度的变体积定压装置，其特征在
于：所述装置还包括气相色谱仪(6)、第四阀门(9)以及与平衡腔(12)的溶气子腔室
相连通的取样阀(11)，气相色谱仪(6)通过第四阀门(9)与气体腔(7)相连，气相
色谱仪(6)通过所述取样阀(11)与平衡腔(12)相连。
6.根据权利要求1所述一种测量气体在液体中溶解度的变体积定压装置，其特征在

\t于：所述装置还包括数据采集系统(14)，所述温度传感器、压力传感器(15)以及用于
检测气体腔(7)内温度和压力的传感器分别与数据采集系统(14)相连。
7.一种利用如权利要求1所述装...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向阳，何茂刚，张颖，白里航，彭三国，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61