一种同时测量气液体系互溶性和溶解度的系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术属于能源化工领域，涉及一种同时测量气液体系互溶性和溶解度的系统及其使用方法，包括实验本体、磁力搅拌系统、压力测量系统、数据采集系统，所述实验本体包括气体腔和平衡釜，所述气体腔用于计算平衡釜中气体的进样量，所述平衡釜用于观察气液混合物的互溶性；所述磁力搅拌系统用于对平衡釜中的液体进行搅拌；所述压力测量系统包括差压变送器和压力传感器，差压变送器一端与主容器相连，一端连接调压气库，所述气库的压力由压力传感器进行测量；所述数据采集系统用于实时采集实验本体的温度和压力数据。本发明专利技术通过可在苛刻环境中使用的差压变送器作为压力传递中介，气库置于室温环境中其压力由压力传感器进行测量，使测量结果更加准确。测量结果更加准确。测量结果更加准确。

【技术实现步骤摘要】
一种同时测量气液体系互溶性和溶解度的系统及其使用方法


[0001]本专利技术属于能源化工领域，涉及一种适用于同时测量气液体系互溶性和溶解度的系统及其使用方法。

技术介绍

[0002]气液过程广泛存在于石油、化学、化工等过程中，气体吸收和萃取的原理是依靠溶解度的不同来进行混合物分离。此外，由于新型高效的分离技术、化工过程中的超临界流体溶解和制冷空调系统等应用的需要，使互溶性和溶解度的研究变得非常重要。比如制冷空调系统中，选择与之相匹配的润滑油是非常重要的，制冷剂与润滑油的互溶性直接影响压缩机的回油能力，制冷剂在润滑油中的溶解度直接影响润滑油的工作黏度以及抗摩、减磨性能等，进而影响压缩机的性能和寿命，是评价制冷系统性能和机组设计的重要参数。
[0003]目前，测量气体在液体中溶解度的方法主要有称重法、气相色谱法、泡点法、等体积饱和法等。在这些方法中，等体积饱和法具有操作简单，精度较高等优点而被广泛应用。等体积饱和法要求气液混合物完全互溶的条件下才可以进行溶解度研究，然而目前常用的系统无法测量气液体系的互溶性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种同时测量气液体系互溶性和溶解度的系统及其使用方法，平衡釜前后带有石英玻璃视窗，便于通过恒温槽观察窗观察平衡釜内混合物的互溶性随温度、压力的变化，解决等体积饱和法存在的问题，为获取能源化工领域所需求的气液体系互溶性和溶解度数据提供技术支持。
[0005]本专利技术提供的技术方案如下：
[0006]一种同时测量气液体系互溶性和溶解度的系统，包括实验本体、磁力搅拌系统、压力测量系统、数据采集系统。
[0007]所述实验本体包括气体腔和平衡釜，所述平衡釜用于观察气液混合物的互溶性，所述气体腔用于计算平衡釜中气体的进样量，对实验本体的体积进行标定后，通过计算气体质量的减少来计算溶解度；
[0008]所述磁力搅拌系统用于对液体进行搅拌，加速气体在液体中的溶解速率，减少平衡的时间；
[0009]所述压力测量系统包括差压变送器和压力传感器，差压变送器一端与主容器相连，一端连接调压气库，所述气库的压力由压力传感器进行测量；
[0010]所述数据采集系统用于实时采集实验本体的温度和压力数据。
[0011]进一步的，所述气体腔以及平衡釜置于恒温槽内；平衡釜与气体腔相连通的管路上设置针阀。
[0012]进一步的，气体腔和平衡釜上设置有用于检测气体温度、压力的传感器；所述传感器与数据采集系统相连。
[0013]进一步的，所述磁力搅拌系统包括减速电机、传动机构、磁力搅拌子和沿径向充磁的磁铁，所述传动机构包括联轴器和链轮；所述平衡釜内设有磁力搅拌子，减速电机通过联轴器带动链轮转动，使磁铁转动，从而带动磁力搅拌子对平衡釜内的液体进行搅拌。
[0014]进一步的，平衡釜包括开通槽不锈钢壳体、石英玻璃、密封材料和法兰，所述石英玻璃设置于壳体一侧，所述密封材料采用铝垫片，石英玻璃和法兰之间通过不锈钢螺栓连接。
[0015]本专利技术还提供一种同时测量气液体系互溶性和溶解度的方法，采用上述系统，所述方法包括以下步骤：
[0016]系统抽真空；将液体注入平衡釜中；用分析天平称量注入前后的质量，计算注入到平衡釜中的液体质量；
[0017]将实验系统放入恒温槽中，待温度稳定后，启动真空泵对平衡釜内的液体进行脱气；
[0018]脱气完成后，启动真空泵对气体腔和管路进行抽真空，对气体腔进行充入气体直到达到设定压力；待气体腔温度和压力稳定后，记录气体腔的温度和压力值，并打开平衡釜和气体腔的连接管路上的针阀，气体进入平衡釜，打开磁力搅拌器，对液体进行搅拌，直至温度和压力稳定，关闭磁力搅拌器，温度和压力再次稳定后，采用相机拍照观察平衡釜中气液混合物的互溶性，并记录此时气体腔、平衡釜的温度和压力值，计算溶解度。
[0019]进一步的，所述系统抽真空步骤为：首先关闭平衡釜进液管路的针阀和与气体样品罐连接的针阀，打开真空泵，真空泵运行后，打开与真空泵连接的针阀、与气体腔连接的针阀和平衡釜与气体腔之间连接管路上的针阀，继续抽真空，在真空计示数达到5Pa以下后，继续运行30min，然后关闭平衡釜和气体腔的连接管路上的针阀、与气体腔连接的针阀和与真空泵连接的针阀，抽真空结束。
[0020]进一步的，根据气体腔内温度和压力以及气体腔的体积计算出从气体腔进入平衡釜内的气体的质量
△
m，根据
△
m和溶解平衡时，平衡釜内未溶解气体的质量m1，计算溶解到液体中气体的质量为m＝
△
m
‑
m1，根据m、m
solv
计算目标温度和压力下气体溶解到液体中的摩尔分数x。
[0021]进一步的，采用以下公式计算气液体系溶解度：
[0022]Δm＝ρ
gas,0
V
gas
‑
ρ
gas,1
V
gas
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0023][0024][0025][0026]式中：
△
m—从气体腔进入平衡釜中气体的质量；m1—溶解平衡时，平衡釜中未溶解气体的质量；m—气体在液体中溶解的质量；ρ
gas,0
—未溶解前，气体腔中气体的密度；
ρ
gas,1
、ρ
cell,1
—分别为溶解平衡后，气体腔和平衡釜中气体的密度；V
gas
、V
cell
—分别为气体腔和平衡釜的体积；ν—溶解到液体中气体的气体质量比体积；m
solv
—平衡釜中液体的质量；ρ
solv
—平衡釜中液体的密度；M、M
solv
—分别为气体、液体的摩尔质量；x—气体溶解到液体中的摩尔分数；n—气体在液体中溶解的摩尔量；n
solv
—平衡釜中液体的摩尔量。
[0027]进一步的，测量开始前进行气体腔和平衡釜及管路体积的标定，步骤如下：
[0028]气体收集后，将收集灌从收集系统中拆下来，冷却到室温，用分析天平来称重；将收集灌连接到系统中，对管路、气体腔和平衡釜抽真空，待真空计示数小于5Pa时，继续抽真空30min后，关闭真空泵；将收集罐里的气体充入到气体腔中，当压力达到接近所需压力后，关闭与收集罐相连的针阀；将收集灌从标定系统中拆下来，对其进行称量；将标定系统放置到恒温槽中，设定某个温度，待气体腔的温度和压力稳定后，记录此时气体腔的温度和压力；然后打开平衡釜和气体腔的连接管路上的针阀，气体腔里的气体进入到平衡釜中，气体不断溶解到液体中，待平衡釜和气体腔的温度、压力稳定后，记录此时的温度、气体腔的压力和平衡釜的压力。
[0029]有益效果
[0030]本专利技术中所述平衡釜前后带有石英玻璃视窗，可观察气液混合物的互溶性，所述气体腔用于计算平衡釜中气体的进样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同时测量气液体系互溶性和溶解度的系统，其特征在于，包括实验本体、磁力搅拌系统、压力测量系统、数据采集系统。所述实验本体包括气体腔和平衡釜，所述平衡釜用于观察气液混合物的互溶性，所述气体腔用于计算平衡釜中气体的进样量，对实验本体的体积进行标定后，通过计算气体质量的减少来计算溶解度；所述磁力搅拌系统用于对液体进行搅拌，加速气体在液体中的溶解速率，减少平衡的时间；所述压力测量系统包括差压变送器和压力传感器，差压变送器一端与主容器相连，一端连接调压气库，所述气库的压力由压力传感器进行测量；所述数据采集系统用于实时采集实验本体的温度和压力数据。2.根据权利要求1所述的同时测量气液体系互溶性和溶解度的系统，其特征在于，所述气体腔以及平衡釜置于恒温槽内；平衡釜与气体腔相连通的管路上设置针阀。3.根据权利要求1所述的同时测量气液体系互溶性和溶解度的系统，其特征在于，气体腔和平衡釜上设置有用于检测气体温度、压力的传感器；所述传感器与数据采集系统相连。4.根据权利要求1所述的同时测量气液体系互溶性和溶解度的系统，其特征在于，所述磁力搅拌系统包括减速电机、传动机构、磁力搅拌子和沿径向充磁的磁铁，所述传动机构包括联轴器、链条和链轮；所述平衡釜内设有磁力搅拌子，减速电机通过联轴器带动链轮转动，使磁铁转动，从而带动磁力搅拌子对平衡釜内的液体进行搅拌。5.根据权利要求1所述的同时测量气液体系互溶性和溶解度的系统，其特征在于，平衡釜包括开通槽不锈钢壳体、石英玻璃、密封材料和法兰，所述石英玻璃设置于壳体一侧，所述密封材料采用铝垫片，石英玻璃和法兰之间通过不锈钢螺栓连接。6.一种同时测量气液体系互溶性和溶解度的方法，其特征在于，采用权利要求1～5任一项所述的系统，所述方法包括以下步骤：系统抽真空；将液体注入平衡釜中；用分析天平称量注入前后的质量，计算注入到平衡釜中的液体质量；将实验系统放入恒温槽中，待温度稳定后，启动真空泵对平衡釜内的液体进行脱气；脱气完成后，启动真空泵对气体腔和管路进行抽真空，对气体腔进行充入气体直到达到设定压力；待气体腔温度和压力稳定后，记录气体腔的温度和压力值，并打开平衡釜和气体腔的连接管路上的针阀，气体进入平衡釜，打开磁力搅拌器，对液体进行搅拌，直至温度和压力稳定，关闭磁力搅拌器，温度和压力再次稳定后，观察平衡釜中气液混合物的互溶性，并记录此时气体腔、平衡釜的温度和压力值，计算溶解度。7.根据权利要求6所述的同时测量气液体系互溶性和溶解度的方法，其特征在于，所述系统抽真空步骤为：首先关闭平衡釜进液管路的针阀和与气体样品罐连接的针阀，打开真空泵，真空泵运行后，打开与真空泵连接的针阀、与气体腔连接的针阀和平衡釜与气体腔之间连接管路上的针阀，继续抽真空，在真空计示数达到5Pa以下后，继续运行30min，然后关闭平衡釜和气体腔的连接管...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾涛，杨阳，江巍雪，宋金蔚，杨卫波，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：