[實用新型]一種水蒸汽壓可控的飽和水蒸汽發生裝置

無效

• 申請號: 201120111629.5
• 申請日: 2011-04-15
• 公開（公告）號: CN202109454U
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 侯新梅;虞自由;陳志遠;張梅;周國治
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: F22B1/00
• 分類號: F22B1/00
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術領域

本發明屬于實驗設備領域，涉及一種水蒸汽壓可控的飽和水蒸汽發生裝置，特別是提供了一種符合實驗室要求的能夠控制水蒸汽含量、壓力的水蒸汽發生裝置。?

背景技術

在航天、冶金等高溫領域，非氧化物材料因其具有優良的耐高溫和抗腐蝕性能而得到越來越廣泛的關注，但在實際應用中，材料的使用環境大多是高溫腐蝕，其中水蒸汽就是一種常見的腐蝕環境。例如，作為燃氣渦輪重要部件的SiC基復合材料經常處于高溫環境中，同時燃料燃燒會產生大量水蒸汽。在冶金領域，由于氫氣(H₂)的還原能力是CO的14倍，并且屬于一種清潔能源，隨著“低碳冶金”的倡導，“氫冶金”工藝是鋼鐵工業發展低碳經濟的最佳選擇，氫冶金中H₂作為主要還原氣體，對鐵礦石進行還原。在這個工藝過程中，H₂的產物是水。由此可知，在“氫冶金”的過程中會產生大量的水蒸汽。在高溫含水條件下，非氧化物材料的保護性氧化膜與水發生反應導致氧化物層脫落，從而導致材料失去原有性能。?

目前，對于材料在高溫含水條件下的使用性能研究較少，原因就是還未有能夠提供水蒸汽含量、壓力可控的水蒸汽發生裝置。?

發明內容

本發明目的在于發明一種裝置，即能夠產生含量可控的飽和水蒸汽，可以在實驗室條件下模擬實際高溫含水的環境，研究材料在高溫含水條件下的使用性能，為研究者提供了簡單便捷的途徑，填補材料研究中設備的空白。?

一種水蒸汽壓可控的飽和水蒸汽發生裝置，由兩部分組成：(1)水蒸汽預發生裝置，包括鋁質加熱套、三口燒瓶；(2)飽和水蒸汽發生裝置，包括恒溫水浴鍋、恒溫水浴管。水蒸汽預發生裝置和飽和水蒸汽發生裝置兩者之間由石英管連接，再用石英管將氣體從飽和水浴管連接至反應爐內，三口燒瓶1設在鋁質加熱套2內；恒溫水浴管7設在恒溫水浴鍋6內，恒溫水浴管下部與虹吸管8相連，恒溫水浴管內部放滿玻璃珠；石英管(4)連接水蒸汽預發生裝置、水蒸汽飽和發生裝置以及反應爐。石英管外纏繞硅橡膠電熱線，以保證水蒸汽在傳輸過程中不會冷凝。?

采用上述裝置，向水蒸汽預發生裝置中通入載氣(干空氣或某一反應氣體)，并控制加熱套溫度保持某一溫度T₁不變。利用載氣帶出水蒸汽，經過恒溫水浴管(置于恒溫水浴鍋中)，由于水蒸汽的分壓隨著溫度的升高而增大，恒溫水浴的溫度T₂需低于T₁以保證水蒸汽達到飽和。恒溫水浴管中放滿玻璃珠，延長了氣體通過的時間，使水蒸汽與反應氣體能充分混合。為保持氣體內外壓強一致，采用虹吸管控制恒溫水浴管內外壓強均為一個大氣壓。水蒸汽預發生裝置、水蒸汽飽和發生裝置和反應爐之間用石英管連接，石英管外密排纏繞硅橡?膠電熱線，電熱線加熱溫度T₃略大于T₁以保證水蒸汽在傳輸過程中不會冷凝。?

本發明通過控制恒溫水浴鍋的溫度T₂來控制氣氛中水蒸汽的含量。原理如下：不同的溫度下，水蒸汽的飽和蒸汽壓不同，它們之間的關系可以通過克拉佩龍-克勞修斯方程(Clausius-Clapeyron)進行計算：?

式中：p為飽和水蒸汽壓力(kPa)，廠為溫度(K)，Δ_相變H_m為氣-液相摩爾焓差值(J/mol)，Δ_相變V_m為氣-液相摩爾體積差值(L/mol)。或者查閱物理化學手冊(CRC?handbook?of?chemistry?and?physics)得到不同溫度下水蒸汽的飽和蒸汽壓。根據如下公式進一步得到飽和水蒸汽的含量：?