一種等壓氣液平衡測定裝置的製作方法

2023-05-08 16:29:26 2

專利名稱：一種等壓氣液平衡測定裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及熱力學數據測定領域，特別涉及一種用於測定等壓條件下氣液平衡數
據的測定裝置。
背景技術：
氣液平衡數據是工業精餾技術、模擬計算、計算機輔助設計、物性估算及化工工藝 流程設計改進的基礎。在精餾技術廣泛運用的工業現狀下，獲得準確的氣液平衡數據具有 極其重要的意義。對氣液平衡計算，現今雖有多種理論模型可以採用，但其準確性與通用性 仍相當有限，使用前還是要通過實驗數據對其進行驗證。因此，目前實驗測定法仍然是獲得 準確、可靠的氣液平衡數據的最主要、最有效的手段。 氣液平衡實驗測定裝置是獲得氣液平衡數據的硬體基礎，合理的氣液平衡裝置有
利於減少氣液平衡測定時間、提高測定精度。目前，用於測定氣液平衡數據的平衡釜主要包 括0thmer釜、Ellis釜、Dvorak-Boublik釜等。從以前的文獻來看，使用Dvora-Boublik釜
可獲得較好的效果，但依然存在下列問題 1、不帶攪拌功能的Dvorak-Boublik釜無法很好地解決釜內存在的濃度梯度問 題；帶有攪拌功能的Dvorak-Boublik釜導致非平衡汽化問題，很難得到真正代表氣液平衡 組成的氣相樣品。 2、 Dvorak-Boublik釜的棒狀加熱器加熱面積小，容易發生過熱和暴沸等問題，造 成測定實驗數據不準確甚至實驗失敗。 3、 Dvorak-Boublik釜保溫效果差，氣相容易發生部分冷凝，影響測定結果的準確 性。

發明內容
本發明的目的是提供一種新型的等壓氣液平衡測定裝置，它具有良好的保溫和防 暴沸功能，可以有效消除濃度梯度，可快速、準確地獲得代表氣液平衡組成的氣、液兩相樣 品，操作簡單方便。 本發明包括如下技術特徵一種等壓氣液平衡測定裝置，包括沸騰釜，加熱器，
Cottrell泵，氣相提升管，氣液分離室，混合器，攪拌室，分散器，氣相冷凝管，非平衡氣相冷
凝管；所述裝置具有液相回流循環迴路和氣相冷凝液循環迴路；本發明的創新點在於，還
在沸騰釜上部和下部分別引出支管與攪拌室相連形成液相內循環迴路。 本發明以Dvorak-Boublik釜為基礎，從Dvorak-Boublik釜的沸騰釜上部和下部
分別引出支管與攪拌室相連形成液相內循環迴路，與傳統Dvorak-Boublik釜的液相回流
循環迴路(沸騰釜〉Cottrell泵〉氣液分離室〉沸騰釜)和氣相冷凝液循環迴路(沸騰
釜> Cottrell泵>氣液分離室>氣相冷凝管>沸騰釜)構成的雙循環迴路一併形成三循
環迴路。攪拌室中轉子高速旋轉可以達到離心泵的效果，既可以使釜液循環流動，又可將回
流的液相和氣相冷凝液與釜液充分混合，有效地消除濃度梯度。
3
所述攪拌室器為錐形，所述混合器上方接非平衡氣相冷凝管，使得攪拌過程產生 的非平衡氣相可以順利上升，而不進入沸騰釜，影響測定結果。 沸騰釜的加熱器為內通電熱絲的螺旋形玻璃管，螺旋形玻璃管表面經過粗化處 理，形成表面粗化層，使表面形成無數的氣化中心，有效地防止過熱和暴沸。
所述氣相提升管由上而下穿過氣液分離室，氣相提升管內外均有螺旋玻璃絲。當 氣液混合物從噴嘴噴淋在氣相提升管外側時，氣液兩相在螺旋玻璃絲上充分接觸，快速達 到氣液平衡，流經溫度計套管，在氣液分離室中分離，氣液平衡溫度由溫度計套管中的鉑電 阻探頭(連接數顯式測溫儀)準確測出。分離後的氣相通過氣相提升管上升，內部的螺旋 玻璃絲可以攔截氣相夾帶的液滴，並且有利於氣相提升管中的氣相與管外的氣液混合物保 持等溫，防止氣相的部分冷凝。最終可在兩相出口處獲得準確代表氣液平衡組成氣液相樣
PR o 整個平衡釜設置在一個真空保溫夾套中，真空保溫夾套內部鍍銀並預留沸騰釜觀
察孔和氣液分離室觀察？L。既可以加強保溫效果，取得更好的平衡性，又可以通過觀察窗觀
察實驗的進行狀況。 測定裝置還包括二級冷凝器、進料漏鬥、乾燥管、非平衡氣相冷凝管和壓力控制 器，所述非平衡氣相冷凝管上安裝進料漏鬥，二級冷凝器安裝於氣相冷凝管頂部，通過矽橡 膠管與乾燥器管和壓力控制器連接。乾燥管可以防止外部水蒸氣進入平衡釜，保證了測定 結果的準確性；二級冷凝器裝入冰水混合物，能夠保證所有的氣相完全冷凝；壓力控制器 可以保證每次測定時壓力均在設定的範圍，保證測定結果的準確性。 本發明以Dvorak-Boublik釜為基礎，在Dvorak-Boublik釜的沸騰釜上部和下部 分別引出支管與攪拌室相連形成循環迴路，與傳統Dvorak-Boublik釜的雙循環一併構成 三循環迴路，攪拌室中轉子高速旋轉可以產生離心泵的效果，既可驅使釜液循環流動，又可 將回流的液相和氣相冷凝液與釜液充分混合，有效地消除濃度梯度。由於本發明的上述改 進，解決了保溫，暴沸和濃度梯度問題，可以在實驗中獲得準確代表氣液平衡組成的氣液相 樣品，提高了實驗結果的準確性，改善了實驗的可操作性。


圖1為本發明結構示意圖； 圖2為本發明實施例1的測定結果圖； 圖3為本發明實施例2的測定結果圖。
具體實施例方式
如說明書圖l所示，在結構上，平衡釜由主要由沸騰釜l，加熱器2，Cottrell泵3， 氣相提升管(兼有平衡柱作用)14，氣液分離室5，混合器6，攪拌室7，分散器8，真空保溫夾 套(內部鍍銀)10和氣相冷凝管11構成，另外還包含一些輔助器件一個二級冷凝器12， 一個進料漏鬥9，一個乾燥管15、磁力攪拌器16和一個壓力控制器17。所有閥門均為聚四 氟乙烯旋塞閥，耐高溫、防腐蝕。所有接口均為標準磨口。實驗前，把非平衡氣相冷凝管13 裝進混合器6上方的磨口 ，再在其上安裝進料漏鬥9， 二級冷凝器12安裝於氣相冷凝管11 頂部，通過矽橡膠管與乾燥管15和壓力控制器17連接，即可完成組裝。該實施例裝置平衡
4釜採用耐熱玻璃製造。 結構上，沸騰釜l，混合器6，攪拌室7和分散器8構成液相內循環迴路；沸騰釜1， Cottrell泵3，氣液分離室5，混合器6，攪拌室7和分散器8構成液相回流循環迴路；沸騰 釜1，Cottrell泵3，氣液分離室5，氣相提升管14，氣相冷凝管11，混合器6，攪拌室7和分 散器8，構成氣相冷凝液循環迴路。 實施例1為水-乙醇體系氣液平衡數據的測定實驗。 使用該實施例裝置進行氣液平衡測定實驗時，通過混合器6的磨口加入100ml純 乙醇於加熱釜，在進料漏鬥9中加入150ml純水，接通循環水、打開磁力攪拌器16電源， 調節加熱電壓至釜液能穩定沸騰，通過壓力控制器調節系統壓力到101.3kPa，即可開始 水_乙醇體系氣液平衡數據的測定實驗。 實驗過程中，氣液平衡釜中氣液兩相在三個迴路中不斷循環流動，充分混合接觸。 2h後氣相冷凝管中回流穩定，並且氣液混合物溫度穩定30min不變，即表示達到了氣液平 衡。此時可記下溫度示數作為氣液平衡溫度，旋開取樣閥A以磨口樣品瓶取得氣相樣品，從 取樣閥B取得液相樣品。取得的樣品組成可通過氣相色譜儀進行分析。分析結果如圖2所 示。可以從圖中看出實施例裝置測定值與文獻值吻合得很好，表明本實施例裝置的測定結 果準確。 實施例2為水-乙酸體系氣液平衡數據的測定實驗。 使用本實施例裝置進行氣液平衡測定實驗時，通過混合器6的磨口加入100ml純 乙酸於加熱釜，連接進料漏鬥9等器件，在進料漏鬥9中加入150ml純水，接通循環水、打開 磁力攪拌器16電源，通過壓力控制器調節系統壓力到101. 3kPa，調節加熱電壓至釜液穩定 沸騰，即可開始水_乙酸體系氣液平衡數據的測定實驗。 實驗過程中，氣液平衡釜中氣液兩相在三個迴路中不斷循環流動，充分混合接觸。 2h後氣相冷凝管中回流穩定，數顯式測溫儀示數穩定不變30min時，即表示達到了氣液平 衡。此時可記下溫度示數作為氣液平衡溫度，旋開取樣閥A取得氣相樣品，從取樣閥B取得 液相樣品。取得的樣品可通過氣相色譜進行組成分析。分析結果如圖3所示。可以從圖中 看出實施例裝置測定值與文獻值吻合得很好，表明本實施例裝置的測定結果準確。
權利要求
一種等壓氣液平衡測定裝置，包括沸騰釜，加熱器，Cottrell泵，氣相提升管，氣液分離室，混合器，攪拌室，分散器，氣相冷凝管，非平衡氣相冷凝管；所述裝置具有液相回流循環迴路和氣相冷凝液循環迴路；其特徵在於還在沸騰釜上部和下部分別引出支管與攪拌室相連形成液相內循環迴路。
2. 根據權利要求1所述的等壓氣液平衡測定裝置，其特徵在於所述攪拌室為錐形，所 述混合器上方連接非平衡氣相冷凝管。
3. 根據權利要求1所述的等壓氣液平衡測定裝置，其特徵在於沸騰釜的加熱器為內通 電熱絲的螺旋形玻璃管，螺旋形玻璃管表面經過粗化處理。
4. 根據權利要求1所述的等壓氣液平衡測定裝置，其特徵在於所述氣相提升管由上而 下穿過氣液分離室，氣相提升管內外均有螺旋玻璃絲。
5. 根據權利要求1所述的等壓氣液平衡測定裝置，其特徵在於整個平衡釜設置在一個 真空保溫夾套中，真空保溫夾套內部鍍銀並預留沸騰釜觀察孔和氣液分離室觀察孔。
6. 根據權利要求1所述的等壓氣液平衡測定裝置，其特徵在於還包括二級冷凝器，進 料漏鬥、乾燥管和壓力控制器，所述非平衡氣相冷凝管上安裝進料漏鬥，二級冷凝器安裝於 氣相冷凝管頂部，通過矽橡膠管與乾燥管和壓力控制器相連接。
全文摘要
本發明涉及一種等壓氣液平衡測定裝置，屬於熱力學數據測定領域。本發明裝置由氣液平衡釜和壓力控制器組成。該裝置測定氣液平衡數據時，氣液平衡釜中液相在三個循環迴路中不斷循環流動，氣液相充分混合接觸，快速達到平衡，可保證氣液兩相樣品準確代表氣液平衡時的氣、液兩相組成，測定耗時短，操作簡便，測定結果準確。
文檔編號G01N25/02GK101726508SQ20091019371
公開日2010年6月9日 申請日期2009年11月6日 優先權日2009年11月6日
發明者馮志威, 張冰劍, 胡松, 陳清林, 高學農 申請人:中山大學