[發明專利]一種氣體溶解度的測定裝置及使用方法

有效

• 申請號: 201310475541.5
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103528909A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 鄧蕓;顧軍;鄒志剛
• 申請（專利權）人: 南京大學昆山創新研究院;昆山桑萊特新能源科技有限公司
• 主分類號: G01N5/00
• 分類號: G01N5/00
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 姜萬林

技術領域

本發明屬于化工領域，具體涉及氣體溶解度的測定裝置及其使用方法。

背景技術

氣體在液體中的溶解度（S_GL）是化工過程中一個重要的參數，但是S_GL的測定一直是困擾企業的技術難題。目前測定S_GL多比較理想的測定方法是恒定容積法：實驗裝置包括兩個室平衡室和氣體室，通常用水標定兩室體積，忽略管路中的氣體體積；平衡室溶液體積由進料量控制，平衡室剩余體積可以算出。在吸收前后，測定氣體變化量可知吸收氣體量，根據實驗條件，用適當的狀態方程，可算出氣體的量。根據氣體壓力的變化來算出氣體在液體中的溶解度。此方法原理簡單，操作簡便，設備易于加工，是比較理想的測定方法。

現有的恒定容積法的裝置，包含過多的管路連接頭和閥門，每個接頭都存在漏氣的隱患。而且，還需要另外連接復雜的溶劑純化裝置，進一步增多了連接頭，以及難以清洗的管道。氣壓變化和溫度采用人工記錄瞬時數據，容易采集到非平衡狀態的數據，造成錯誤。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的缺陷，提供了一種氣體溶解度的測定裝置及其使用方法，具有裝置簡單、操作方便、測定速度快的優點。

為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案：

一種氣體溶解度的測定裝置，包括氣體室、平衡室、四個閥門、真空泵、攪拌子、磁力攪拌器、溫度變送器和壓力變送器，所述氣體室一側通過帶有第一閥門的管道與平衡室連接，所述平衡室內壁底部放置有攪拌子，所述攪拌子由平衡室底放置的磁力攪拌器旋轉，所述平衡室另一側通過帶有第二閥門的管道分別與真空泵和高壓氣瓶連接，所述平衡室頂部密封扣接有平衡室蓋，所述平衡室蓋上安裝有溫度變送器和壓力變送器，所述溫度變送器和壓力變送器連接于模擬量輸入模塊，所述模擬量輸入模塊連接于計算機上。

進一步地，所述平衡室蓋上開有壓力變送器孔和溫度變送器孔，平衡室蓋側面留有兩個管道孔，通過管道孔內管道分別與安裝有第三閥門的真空泵和第四閥門的高壓氣瓶連接。

進一步地，所述氣體室頂部密封扣接有氣體室蓋，氣體室蓋側壁留有管道孔。

進一步地，所述溫度變送器插入平衡室內。

上述氣體溶解度的測定裝置的使用方法，包括以下步驟：

1）預備

a、測定體積，將氣體室和平衡室在恒定溫度下分別裝滿水，通過測量裝水前后的重量差得出兩室的體積V₁（mL），V₂（mL），包括連接管路的體積；

b、將氣體溶解度的測定裝置按照要求連接，并設定恒溫水浴至所需溫度Ｔ（Ｋ）并保持穩定；

c、打開第一閥門、第二閥門、第三閥門，關閉第四閥門，用真空泵將氣體溶解度的測定裝置抽成真空；

檢測氣密性，關閉第二閥門后，若氣體溶解度的測定裝置內壓力在半小時無上升，進行下一步測試；否則，用肥皂水檢測各部件連接點找出漏氣點，重新連接；

d、打開第四閥門，氣體溶解度的測定裝置內充滿待測試氣體，至氣壓為所需壓力的2-2.5倍時關閉第四閥門；

e、氣體溶解度的測定裝置內壓力穩定時間超過半小時后，水溫穩定，關閉第一閥門，此時的平均壓力P₁；

2）測氣體在液體中的溶解度。

進一步地，步驟2中，若需要測試的液體蒸氣壓小于1Pa，把分子量M液體放于打開平衡室內，通過稱量法獲得液體質量ｍ_Ｌ（ｇ），并通過測量其密度計算體積V_Ｌ（mL）；關上平衡室蓋，打開第二閥門、第三閥門將平衡室抽成真空，關上第二閥門半小時后壓力不上升說明液體已完全脫氣；

打開第一閥門，啟動磁力攪拌器，待壓力穩定時間超過半小時后，水溫穩定，此時的平均壓力Ｐ_２（ｍＢａｒ）；

計算物質的量溶解度：

，

；

M_L為液體分子量，R為理想氣體常數8.314?J/mol·k，Z為純氣體在Ｔ時的壓縮因子，可查閱文獻（Dymond?J?H,Smith?E?B.?The?Virial?Coefficient?of?Pure?Gas?Mixtures.?Oxford:?Clarendom?Press,1980）得到。例如，二氧化碳和氫氣在壓強Ｐ（ｍｂａｒ），溫度Ｔ（Ｋ）下壓縮因子的計算方法：

二氧化碳：

氫氣：

對結果精度要求不高，或者氣體接近理想氣體狀態，可直接取Ｚ＝１。