CN103528909B

CN103528909B - 一种气体溶解度的测定装置的使用方法

Info

Publication number: CN103528909B
Application number: CN201310475541.5A
Authority: CN
Inventors: 邓芸; 顾军; 邹志刚
Original assignee: KUNSHAN SUNLAITE NEW ENERGY CO Ltd; Kunshan Innovation Institute of Nanjing University
Current assignee: Jiangsu Yanchang sanglaite new energy Co.,Ltd.; Kunshan Innovation Institute of Nanjing University
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2033-10-11
Also published as: CN103528909A

Abstract

本发明公开一种气体溶解度的测定装置，包括气体室、平衡室、四个阀门、真空泵、搅拌子、磁力搅拌器、温度变送器和压力变送器，所述气体室一侧通过带有第一阀门的管道与平衡室连接，所述平衡室内壁底部放置有搅拌子，所述搅拌子由平衡室底放置的磁力搅拌器旋转，所述平衡室另一侧通过带有第二阀门的管道分别与真空泵和高压气瓶连接，所述平衡室顶部密封扣接有平衡室盖，所述平衡室盖上安装有温度变送器和压力变送器，所述温度变送器和压力变送器连接于模拟量输入模块，所述模拟量输入模块连接于计算机上。其使用方法，包括预备，测气体在液体中的溶解度。具有装置简单，操作方便的优点。

Description

一种气体溶解度的测定装置的使用方法

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及气体溶解度的测定装置的使用方法。

背景技术

气体在液体中的溶解度(S_GL)是化工过程中一个重要的参数，但是S_GL的测定一直是困扰企业的技术难题。目前测定S_GL多比较理想的测定方法是恒定容积法：实验装置包括两个室平衡室和气体室，通常用水标定两室体积，忽略管路中的气体体积；平衡室溶液体积由进料量控制，平衡室剩余体积可以算出。在吸收前后，测定气体变化量可知吸收气体量，根据实验条件，用适当的状态方程，可算出气体的量。根据气体压力的变化来算出气体在液体中的溶解度。此方法原理简单，操作简便，设备易于加工，是比较理想的测定方法。

现有的恒定容积法的装置，包含过多的管路连接头和阀门，每个接头都存在漏气的隐患。而且，还需要另外连接复杂的溶剂纯化装置，进一步增多了连接头，以及难以清洗的管道。气压变化和温度采用人工记录瞬时数据，容易采集到非平衡状态的数据，造成错误。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供了一种气体溶解度的测定装置的使用方法，具有装置简单、操作方便、测定速度快的优点。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种气体溶解度的测定装置的使用方法，包括以下步骤：

1)预备

a、测定体积，将气体室和平衡室在恒定温度下分别装满水，通过测量装水前后的重量差得出两室的体积V₁(mL)，V₂(mL)，包括连接管路的体积；

b、将气体溶解度的测定装置按照要求连接，并设定恒温水浴至所需温度T(K)并保持稳定；

c、打开第一阀门、第二阀门、第三阀门，关闭第四阀门，用真空泵将气体溶解度的测定装置抽成真空；

检测气密性，关闭第二阀门后，若气体溶解度的测定装置内压力在半小时无上升，进行下一步测试；否则，用肥皂水检测各部件连接点找出漏气点，重新连接；

d、打开第四阀门，气体溶解度的测定装置内充满待测试气体，至气压为所需压力的2-2.5倍时关闭第四阀门；

e、气体溶解度的测定装置内压力稳定时间超过半小时后，水温稳定，关闭第一阀门，此时的平均压力P₁；

2)测气体在液体中的溶解度。

进一步地，步骤2中，若需要测试的液体蒸气压小于1Pa，把分子量M液体放于打开平衡室内，通过称量法获得液体质量m_L(g)，并通过测量其密度计算体积V_L(mL)；关上平衡室盖，打开第二阀门、第三阀门将平衡室抽成真空，关上第二阀门半小时后压力不上升说明液体已完全脱气；

打开第一阀门，启动磁力搅拌器，待压力稳定时间超过半小时后，水温稳定，此时的平均压力P₂(mBar)；

计算物质的量溶解度：

n_{g} = \frac{P_{1} \times V_{1} \times 10^{- 4}}{R \times Z_{1} \times T} - \frac{P_{2} \times (V_{1} + V_{2} - V_{L}) \times 10^{- 4}}{R \times Z_{2} \times T},

s = \frac{n_{g}}{n_{g} + \frac{m_{L}}{M}};

M_L为液体分子量，R为理想气体常数8.314J/mol·k，Z为纯气体在T时的压缩因子，可查阅文献(Dymond J H,Smith E B.The Virial Coefficient of Pure Gas Mixtures.Oxford:Clarendom Press,1980)得到。例如，二氧化碳和氢气在压强P(mbar)，温度T(K)下压缩因子的计算方法：

二氧化碳：Z＝1+(P×100×(-0.00377)×T²+3.20369×T-744.72392)

氢气：Z＝1+(P×100×(-0.00009)×T²+0.07635×T-0.55844)

对结果精度要求不高，或者气体接近理想气体状态，可直接取Z＝1。

进一步地，步骤2中，若需要测试的液体蒸气压大于1Pa，把分子量M液体放于打开平衡室内，平衡室置于液氮中，液体全部凝固所需时间t之后，关上平衡室盖，打开第二阀门、第三阀门将平衡室抽成真空后，关闭第二阀门，用电吹风将平衡室吹至室温后，再次置于液氮中等待时间大于t时抽气，反复几次，至液体融化时的压力无明显区别，通过称量法获得液体质量m_L(g)，并计算其体积V_L(mL)；

关闭第二阀门，启动磁力搅拌器，待压力稳定时间超过半小时后，水温稳定，此时的平均压力P_V(mBar)；

打开第一阀门，待压力稳定时间超过半小时后，水温稳定，此时的平均压力P₂(mBar)；

计算物质的量溶解度：

n_{g} = \frac{P_{1} \times V_{1} \times 10^{- 4}}{R \times Z_{1} \times T} - \frac{(P_{2} - P_{V}) \times (V_{1} + V_{2} - V_{L}) \times 10^{- 4}}{R \times Z_{2} \times T},

s = \frac{n_{g}}{n_{g} + (\frac{m_{L}}{M} - \frac{P_{V} \times (V_{1} + V_{2} - V_{L})}{R \times Z_{2} \times T})};

二氧化碳：Z＝1+(P×100×(-0.00377)×T²+3.20369×T-744.72392)

氢气：Z＝1+(P×100×(-0.00009)×T²+0.07635×T-0.55844)

对结果精度要求不高，或者气体接近理想气体状态，可直接取Z＝1；

上述气体溶解度的测定装置，包括气体室、平衡室、四个阀门、真空泵、搅拌子、磁力搅拌器、温度变送器和压力变送器，所述气体室一侧通过带有第一阀门的管道与平衡室连接，所述平衡室内壁底部放置有搅拌子，所述搅拌子由平衡室底放置的磁力搅拌器旋转，所述平衡室另一侧通过带有第二阀门的管道分别与真空泵和高压气瓶连接，所述平衡室顶部密封扣接有平衡室盖，所述平衡室盖上安装有温度变送器和压力变送器，所述温度变送器和压力变送器连接于模拟量输入模块，所述模拟量输入模块连接于计算机上，

所述平衡室盖上开有压力变送器孔和温度变送器孔，平衡室盖侧面留有两个管道孔，通过管道孔内管道分别与安装有第三阀门的真空泵和第四阀门的高压气瓶连接，

所述气体室顶部密封扣接有气体室盖，气体室盖侧壁留有管道孔，

所述温度变送器插入平衡室内。

与现有技术相比较，本发明具有如下的有益效果：

本发明方法能够地测定单一气体在液体中不同压力，包括高压和低压，以及不同温度下的溶解度，该方法快速准确，所需气体和液体的量都很小，且气体溶解度的测定装置结构简单，操作方便，投资少。

附图说明

图1是本发明气体溶解度的测定装置的示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种气体溶解度的测定装置，包括气体室1、平衡室2、四个阀门、真空泵8、高压气瓶7、搅拌子3、磁力搅拌器4、温度变送器9和压力变送器5，在气体室1一侧通过带有第一阀门61的管道与平衡室2连接，所述气体室1顶部密封扣接有气体室盖11，气体室盖11侧壁留有管道孔。该平衡室2内壁底部放置有搅拌子3，所述搅拌子3由平衡室底放置的磁力搅拌器4旋转，所述平衡室2另一侧通过带有第二阀门62的管道分别与真空泵8和高压气瓶7连接，所述平衡室2顶部密封扣接有平衡室盖21，所述平衡室盖21上开有压力变送器孔和温度变送器孔，平衡室盖21侧面留有两个管道孔，通过管道孔内管道分别与安装有第三阀门63的真空泵8和第四阀门64的高压气瓶7连接。所述平衡室盖21上安装有温度变送器9和压力变送器5，所述温度变送器9插入平衡室2内。所述温度变送器9和压力变送器5连接于模拟量输入模块10，所述模拟量输入模块10连接于计算机13上。

上述气体溶解度的测定装置的使用方法，包括以下步骤：

1)预备

a、测定体积，将气体室1和平衡室2在恒定温度下分别装满水，通过测量装水前后的重量差得出两室的体积V₁(mL)，V₂(mL)，包括连接管路的体积；

c、打开第一阀门61、第二阀门62、第三阀门63，关闭第四阀门64，用真空泵8将气体溶解度的测定装置抽成真空；

检测气密性，关闭第二阀门62后，若气体溶解度的测定装置内压力在半小时无上升，进行下一步测试；否则，用肥皂水检测各部件连接点找出漏气点，重新连接；

d、打开第四阀门64，气体溶解度的测定装置内充满待测试气体，至气压为所需压力的2-2.5倍时关闭第四阀门64；

e、气体溶解度的测定装置内压力稳定时间超过半小时后，水温稳定，关闭第一阀门61，此时的平均压力P₁(mBar)；

2)测气体在液体中的溶解度。

步骤2中，若需要测试的液体蒸气压小于1Pa，把分子量M液体放于打开平衡室2内，通过称量法获得液体质量m_L(g)，并通过测量其密度计算体积V_L(mL)；关上平衡室盖21，打开第二阀门62、第三阀门63将平衡室2抽成真空，关上第二阀门62半小时后压力不上升说明液体已完全脱气；

打开第一阀门61，启动磁力搅拌器4，待压力稳定时间超过半小时后，水温稳定，此时的平均压力P₂(mBar)；

计算物质的量溶解度：

n_{g} = \frac{P_{1} \times V_{1} \times 10^{- 4}}{R \times Z_{1} \times T} - \frac{P_{2} \times (V_{1} + V_{2} - V_{L}) \times 10^{- 4}}{R \times Z_{2} \times T},

s = \frac{n_{g}}{n_{g} + \frac{m_{L}}{M}};

二氧化碳：Z＝1+(P×100×(-0.00377)×T²+3.20369×T-744.72392)

氢气：Z＝1+(P×100×(-0.00009)×T²+0.07635×T-0.55844)

步骤2中，若需要测试的液体蒸气压大于1Pa，把分子量M液体放于打开平衡室2内，平衡室2置于液氮中，液体全部凝固所需时间t之后，关上平衡室盖21，打开第二阀门62、第三阀门63将平衡室2抽成真空后，关闭第二阀门62，用电吹风将平衡室2吹至室温后，再次置于液氮中等待时间大于t时抽气，反复几次，至液体融化时的压力无明显区别，通过称量法获得液体质量m_L(g)，并计算其体积V_L(mL)；

关闭第二阀门62，启动磁力搅拌器4，待压力稳定时间超过半小时后，水温稳定，此时的平均压力P_V(mBar)；

打开第一阀门61，待压力稳定时间超过半小时后，水温稳定，此时的平均压力P₂(mBar)；

计算物质的量溶解度：

n_{g} = \frac{P_{1} \times V_{1} \times 10^{- 4}}{R \times Z_{1} \times T} - \frac{(P_{2} - P_{V}) \times (V_{1} + V_{2} - V_{L}) \times 10^{- 4}}{R \times Z_{2} \times T},

s = \frac{n_{g}}{n_{g} + (\frac{m_{L}}{M} - \frac{P_{V} \times (V_{1} + V_{2} - V_{L})}{R \times Z_{2} \times T})};

M_L为液体分子量，R为理想气体常数8.314J/mol·k，Z为纯气体在T时的压缩因子，可查阅文献(Dymond J H,Smith E B.The Virial Coefficient of Pure GasMixtures.Oxford:Clarendom Press,1980)得到。例如，二氧化碳和氢气在压强P(mbar)，温度T(K)下压缩因子的计算方法：

二氧化碳：Z＝1+(P×100×(-0.00377)×T²+3.20369×T-744.72392)

氢气：Z＝1+(P×100×(-0.00009)×T²+0.07635×T-0.55844)

本发明气体溶解度的测定装置及其使用方法，能够地测定单一气体在液体中不同压力，包括高压和低压，以及不同温度下的溶解度，该方法快速准确，所需气体和液体的量都很小，且气体溶解度的测定装置结构简单，操作方便，投资少。

以上所述仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种气体溶解度的测定装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)预备

a、测定体积，将气体室和平衡室在恒定温度下分别装满水，通过测量装水前后的重量差得出两室的体积V₁，V₂，包括连接管路的体积；

b、将气体溶解度的测定装置按照要求连接，并设定恒温水浴至所需温度T并保持稳定；

2)测气体在液体中的溶解度

步骤2)中，

若需要测试的液体蒸气压小于1Pa，把分子量M液体放于打开平衡室内，通过称量法获得液体质量m_L，并通过测量其密度计算体积V_L；关上平衡室盖，打开第二阀门、第三阀门将平衡室抽成真空，关上第二阀门半小时后压力不上升说明液体已完全脱气；

打开第一阀门，启动磁力搅拌器，待压力稳定时间超过半小时后，水温稳定，此时的平均压力P₂；

计算物质的量溶解度：

n_{g} = \frac{P_{1} \times V_{1} \times 10^{- 4}}{R \times Z_{1} \times T} - \frac{P_{2} \times (V_{1} + V_{2} - V_{L}) \times 10^{- 4}}{R \times Z_{2} \times T},

s = \frac{n_{g}}{n_{g} + \frac{m_{L}}{M}};

M_L为液体分子量，R为理想气体常数8.314J/mol·k，Z₁、Z₂为纯气体在相应压力、温度时的压缩因子；对结果精度要求不高，或者气体接近理想气体状态，可直接取Z₁＝1，Z₂＝1；

步骤2)中，

若需要测试的液体蒸气压大于1Pa，把分子量M液体放于打开平衡室内，平衡室置于液氮中，液体全部凝固所需时间t之后，关上平衡室盖，打开第二阀门、第三阀门将平衡室抽成真空后，关闭第二阀门，用电吹风将平衡室吹至室温后，再次置于液氮中等待时间大于t时抽气，反复几次，至液体融化时的压力无明显区别，通过称量法获得液体质量m_L，并计算其体积V_L；

关闭第二阀门，启动磁力搅拌器，待压力稳定时间超过半小时后，水温稳定，此时的平均压力P_V；

打开第一阀门，待压力稳定时间超过半小时后，水温稳定，此时的平均压力P₂；

计算物质的量溶解度：

n_{g} = \frac{P_{1} \times V_{1} \times 10^{- 4}}{R \times Z_{1} \times T} - \frac{(P_{2} - P_{V}) \times (V_{1} + V_{2} - V_{L}) \times 10^{- 4}}{R \times Z_{2} \times T},

s = \frac{n_{g}}{n_{g} + (\frac{m_{L}}{M} - \frac{P_{V} \times (V_{1} + V_{2} - V_{L})}{R \times Z_{2} \times T})};

R为理想气体常数8.314J/mol·k，Z₁、Z₂为纯气体在相应压力、温度时的压缩因子；对结果精度要求不高，或者气体接近理想气体状态，可直接取Z₁＝1,Z₂＝1；

所述平衡室盖上开有压力变送器孔和温度变送器孔，平衡室盖侧面留有两个管道孔，通过管道孔内管道分别与安装有第三阀门的真空泵和第四阀门的高压气瓶连接，所述气体室顶部密封扣接有气体室盖，气体室盖侧壁留有管道孔，所述温度变送器插入平衡室内。