CN106345373B - 用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器。反应器包括反应容器、板体、导气管、气体阀门和液体漏斗；板体设置在反应容器内，板体的延伸方向与水平方向形成锐角夹角，板体把反应容器分割为下层容纳空间和上层容纳空间，上层容纳空间和下层容纳空间连通；导气管设置在上层容纳空间的侧壁上，在导气管上具有气体阀门；液体漏斗与下层容纳空间连通；在板体上设置有凹槽，凹槽为多个，多个凹槽沿板体的延伸方向相互间隔地排列。本发明的反应容器可以实现固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的定量制取，适用于粉末状固态反应物，适用于可溶性固态反应物，适用于反应过程需要加热的反应，但不适用于固态生成物呈糊状的反应。本发明的反应器制造简易、成本低廉。

Description

用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器

技术领域

本发明涉及一种化学反应仪器，具体地说，是涉及一种用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器。

背景技术

在化学实验或者化工领域当中，固态反应物颗粒和液态反应物反应制取气态生成物的过程是非常常见的一类反应。其中，典型的实验就是利用稀硫酸和锌粒制取氢气的过程。

启普发生器是一种固态反应物颗粒和液态反应物反应制取气态生成物的化学反应仪器，是当时世界上最重要的化学界发明之一，这种仪器非常适合于固态反应物颗粒和液态反应物反应制取气态生成物的反应，其在化学实验中得到了广泛的应用。

然而，这种传统的启普发生器在应用过程中存在一个问题，就是反应很难定量进行，当需要得到定量的气态生成物时，需要对收集到的气态生成物进行定量分析后才能得到结果，以及不适用于粉末状固态反应物，不适用于可溶性固态反应物，不适用于固态生成物呈糊状的反应，不适用于反应过程需要加热的反应等问题。

发明内容

针对现有的启普发生器在反应过程中难以定量制取气态生成物、不适用于粉末状固态反应物，不适用于可溶性固态反应物、不适用于固态生成物呈糊状的反应、不适用于反应过程需要加热的反应等问题，本发明的主要目的是提供一种方便定量制取气态生成物的仪器，适用于粉末状固态反应物，适用于可溶性固态反应物，适用于反应过程需要加热的反应，但不适用于固态生成物呈糊状的反应。

为了实现本发明的目的，本发明提供的用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器包括反应容器、板体、导气管、气体阀门和液体漏斗；板体设置在反应容器内，板体的延伸方向与水平方向形成锐角夹角，板体把反应容器分割为下层容纳空间和上层容纳空间，上层容纳空间和下层容纳空间连通；所述导气管设置在所述上层容纳空间的侧壁上，在所述导气管上具有气体阀门；液体漏斗与下层容纳空间连通；在板体上设置有多个凹槽，多个凹槽在板体的延伸方向相互间隔地排列，相隔二列凹槽间留有空隙，为避免下级凹槽内固态反应物与液态反应物反应时，因剧烈反应而飞溅的液体进入上级凹槽内。

由上述方案可见，反应容器具有上层容纳空间和下层容纳空间，液态反应物由下层容纳空间逐渐进入到上层容纳空间，因多个凹槽由下向上间隔排列，液态反应物的液面逐渐上升之后，依次进入到间隔排列的多个凹槽内。凹槽用于装载固态反应物，液态反应物与固态反应物反应之后就可以产生气态生成物。由于凹槽内装载的固态反应物是可以定量放置的，因此就可以对反应生成的气态生成物进行定量控制，例如可以在每个凹槽内装载1克的固态反应物，当其中一个凹槽内装载的这1克固态反应物反应完全之后，就可以得到定量的气态生成物。可根据所需生成气态生成物的质量或质量精度要求的不同，更换使用有不同容积或列数凹槽的所述板体。凹槽的容积可通过改变凹槽的深度或凹槽的横截面面积控制，所需生成气态生成物的质量可通过改变凹槽的容积和放置固态反应物的质量控制，所需生成气态生成物的质量精度可通过改变凹槽的列数控制，比如若所需生成气态生成物的质量多，则可使用有深凹槽的所述板体，若所需生成气态生成物的质量少，则可使用有浅凹槽的所述板体，若所需生成气态生成物的质量精度要求高，则可使用有更多列凹槽的所述板体。

一个优选的方案是，所述凹槽的横截面为矩形或圆形或椭圆形或三角形或六边形等形状。

一个优选的方案是，板体的边缘具有第一区域部和第二区域部，第二区域部相比于第一区域部更靠近反应容器的底壁，第二区域部具有密集排列的多个小孔。

由上述方案可见，在制取气态生成物的反应中，在初始阶段需要完全排除反应容器内的原有气体，否则会造成收集到的气态生成物不纯净。当液态反应物进入到所述下层容纳空间之后首先与所述下层容纳空间内放置的固态反应物反应，等待所述下层容纳空间内的固态反应物反应完全后，就可以完全排除反应容器内的原有气体，反应容器内的气体环境就是与反应生成的气态生成物相同的气体环境。所述下层容纳空间内放置的固态反应物的质量，依据所述反应容器的容积决定，以与液态反应物反应后完全排除所述反应容器内的原有气体为准，原则是所述下层容纳空间内放置的固态反应物过量，为保证与反应容器相连的导管内的气体，同样与反应生成的气态生成物相同。

一个优选的方案是，第一区域部具有通气孔。

由上述方案可见，通气孔的设置增加了上层容纳空间和下层容纳空间之间的连通部分，因所述下层容纳空间内的液态反应物与所述下层容纳空间内放置的固态反应物反应生成的气态生成物能通过所述通气孔升至上层容纳空间，避免聚集于所述通气孔下方的下层容纳空间内。

一个优选的方案是，在下层容纳空间的侧壁上具有至少三个支撑凸块，在铅垂方向上，其中一个支撑凸块在下层容纳空间侧壁上的高度高于另外两个等高的支撑凸块。

由上述方案可见，结构简单，实现了板体倾斜的目的。

一个优选的方案是，反应容器具有顶盖，顶盖与反应容器的侧壁可拆卸连接；反应容器内还设置有连接杆，连接杆的下端与板体可拆卸连接。

由上述方案可见，结构简单合理，实现了对板体拆卸和更换的目的。

本发明提供的用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器的工作方法，反应器包括反应容器、板体、导气管、气体阀门和液体漏斗，板体设置在反应容器内，板体的延伸方向与水平方向形成锐角夹角，板体把反应容器分割为下层容纳空间和上层容纳空间，上层容纳空间和下层容纳空间连通；所述导气管设置在所述上层容纳空间的侧壁上，在所述导气管上具有气体阀门；液体漏斗与下层容纳空间连通；在板体上设置有多个凹槽;多个凹槽在板体的延伸方向相互间隔地排列。

该工作方法包括下面的步骤：预备步骤，选择与反应相适应的所述板体，连接所述板体与连接杆，在所述下层容纳空间内放置固态反应物，在所述板体的凹槽内放置定量的固态反应物，将所述板体置入所述反应容器内，组装所述反应容器的顶盖；加液步骤，开启所述气体阀门，在所述液体漏斗内装载液态反应物，所述液体漏斗内的液态反应物进入所述反应容器的下层容纳空间内；反应步骤，首先所述下层容纳空间内的液态反应物与所述下层容纳空间内放置的固态反应物反应生成气态生成物，完全排除所述反应容器内的原有气体，然后所述下层容纳空间内的液态反应物进入所述上层容纳空间内，然后所述上层容纳空间内的液态反应物进入到所述凹槽内，接着所述凹槽内的固态反应物与所述液态反应物反应生成气态生成物；排出步骤，所述导气管处于敞口状态，气态生成物沿所述导气管排出到反应容器的外部；停止步骤，关闭所述气体阀门，因进入所述凹槽内的液态反应物与固态反应物继续反应生成气态生成物，导致所述上层容纳空间内的气压增加，所述上层容纳空间内的液态反应物高度下降，所述凹槽内残存的固态反应物或液态反应物因参与反应而消耗，最终因缺乏反应物而反应停止；维护步骤，开启顶盖，从反应容器内取出连接杆和板体，对板体进行清洁和更换，需要继续进行反应时，在板体的凹槽内再次装载固态反应物。

一个优选的方案是，板体的边缘具有第一区域部和第二区域部，第二区域部相比于第一区域部更靠近反应容器的底壁，第二区域部具有密集排列的多个小孔；在反应步骤的初期阶段，液态反应物首先与下层容纳空间内放置的固态反应物反应一定时间，然后液态反应物再通过小孔进入到上层容纳空间内。

一个优选的方案是，反应容器具有顶盖，顶盖与反应容器的侧壁可拆卸连接；反应容器内还设置有连接杆，连接杆的下端与板体可拆卸连接；执行排出步骤后，可开启所述顶盖，从反应容器内取出连接杆和板体，对板体进行清洁或者更换，在板体的凹槽内再次装载固态反应物。

在用于反应过程需要加热的反应时，需配合使用加热仪器于所述反应容器底。

在用于固态生成物呈糊状的反应时，可以将所述下层容纳空间内放置的固态反应物，改为放置于所述板体的最下级凹槽，避免堵塞连通所述液体漏斗与所述下层容纳空间的所述通孔，但因无能排除所述通气孔下方的下层容纳空间内的原有气体，造成收集到的气态生成物不纯净。因此，为能适用于固态生成物呈糊状的反应，本发明用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器仍然需要继续精进。

附图说明

图1是本发明用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器实施例的示意图（部分组件为剖视效果）。

图2是本发明用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器实施例中的板体的俯视图。

图3是本发明用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器实施例的第二种板体的俯视图。

图4是本发明用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器实施例的第三种板体的俯视图。

图5是本发明用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器实施例的第四种板体的俯视图。

图6是本发明用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器实施例液态反应物进入到上层容纳空间后的状态示意图（部分组件为剖视效果）。

图7是本发明用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器实施例的连接杆和板体的示意图。

图8是本发明用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器另一实施例的连接杆和板体的示意图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器包括反应容器10、板体20、导气管63、气体阀门30和液体漏斗40。反应容器10、板体20、导气管63、气体阀门30和液体漏斗40可以使用玻璃材料制成。

板体20设置在反应容器10内，板体20的延伸方向（图中箭头方向）与水平方向（反应容器10的宽度方向）形成锐角夹角。延伸方向是指板体20的横截面所在的方向。锐角夹角的角度可以是10°、15°或60°等角度，优选的锐角夹角的角度范围是15°至45°之间。板体20把反应容器10内部分割为下层容纳空间11和上层容纳空间12，上层容纳空间12和下层容纳空间11连通。在下层容纳空间11的侧壁13上具有至少三个支撑凸块，在铅垂方向上，第一支撑凸块14在下层容纳空间11的侧壁13上的高度高于第二支撑凸块15和第三支撑凸块（未示出），且第二支撑凸块15和第三支撑凸块在下层容纳空间11的侧壁13上的高度相同。

导气管63设置在所述上层容纳空间12的侧壁16上，在导气管63上具有气体阀门30。液体漏斗40放置在安装室50上，安装室50的下端具有通孔51，从而实现液体漏斗40与下层容纳空间11的连通。液体漏斗40具体可以选择现有的分液漏斗。漏斗40主要包括加液容纳部41和导管42，当取出漏斗40后，可以方便使用者对安装室50内部的清洁。漏斗40的导管42的下端出口43应与安装室50的底壁尽量接近，这样的目的是为了使反应容器10内液体的放入高度尽快超过导管42的下端出口43，避免下层容纳空间11内的液态反应物与下层容纳空间11内放置的固态反应物反应生成的气态生成物沿导管42泄露。

在板体20上设置有多个凹槽，多个凹槽沿板体20的延伸方向相互间隔地排列，凹槽的槽口方向面向上层容纳空间12。如图2所示，板体20的横截面为圆形或椭圆形，板体20上的凹槽21为六个，两个相邻的凹槽21之间均具有一定间隔，凹槽21大体上为矩形。板体20的边缘具有第一区域部22和第二区域部23，第二区域部23相比于第一区域部22更靠近反应容器10的底壁17，第二区域部23具有密集排列的多个小孔24，液态反应物通过多个小孔24进入到上层容纳空间12内。同时，在第一区域部22上具有通气孔25，避免下层容纳空间11内的液态反应物与下层容纳空间11内放置的固态反应物反应生成的气态生成物聚集于通气孔25下方的下层容纳空间11内。此外，在板体20的中心区域还具有连接部26，连接部26用于和连接杆61（见图1）连接。如图3所示，在板体20的变形实施方式中，凹槽21的横截面为矩形，同时具有第一区域部22的通气孔25（未示出）和第二区域部23的多个小孔24（未示出）。如图4所示，在板体20的另一变形实施方式中，板体20的横截面为椭圆形，同时具有第一区域部22的通气孔25（未示出）和第二区域部23的多个小孔24（未示出）。如图5所示，在板体20的另一变形实施方式中，板体20上的凹槽21的横截面为三角形和矩形的组合，同时具有第一区域部22的通气孔25（未示出）和第二区域部23的多个小孔24（未示出）。

反应容器10具有顶盖18，顶盖18与反应容器10的侧壁可拆卸连接，例如螺纹连接，旋转顶盖18后就可以打开上层容纳空间12，顶盖18开启后，可以方便使用者取出连接杆61和板体20，也可以对反应容器10的内部进行清洁。顶盖18上还可以设置一个手持部60，从而方便使用者手动开启顶盖18。如图7所示，反应容器内还设置有连接杆61，连接杆61的下端部62具有外螺纹，板体20的中部区域具有连接部26，连接部26可以设置为具有内螺纹的凹槽，从而实现连接杆61的下端部62与板体20可拆卸螺纹连接，可拆卸的目的在于可以对板体20进行更换。连接杆61的目的主要是为了方便使用者手动取出板体20，如此使用者不需要直接接触板体20就可以将其取出。在如图8所示的另一个实施例中，连接部26具有突出部分27，连接部26的内表面具有可以与连接杆61的下端部62连接的内螺纹，突出部分27的目的在于方便实现连接杆61的下端部62与板体20可拆卸螺纹连接。

本发明用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器的工作方法包括下面的步骤。

如图6所示，首先，执行预备步骤，选择与反应相适应的板体20，连接板体20与连接杆61，在下层容纳空间11内放置固态反应物，在板体20的凹槽21内放置定量的固态反应物，将板体20置入反应容器10内，组装反应容器10的顶盖18。在一个具体的反应中，固态反应物可以选择金属锌，液态反应物选择为稀硫酸，气态生成物则为气态氢气。在凹槽21内放置的固态反应物需要定量，例如可以定量放置1克的固态反应物。每一个凹槽21内放置的固态反应物的重量可以相同或不同。凹槽21的容积可以根据具体的需要进行调整，例如对凹槽的深度或凹槽的横截面面积进行变化后既可以调整凹槽21的容积。

然后，执行加液步骤，开启气体阀门30，在液体漏斗40内装载液态反应物，液体漏斗40内的液态反应物进入反应容器10的下层容纳空间11内。随着液态反应物液面的持续升高，下层容纳空间11内的液态反应物就可以最后进入到上层容纳空间12内。

接着，执行反应步骤，首先下层容纳空间11内的液态反应物与下层容纳空间11内放置的固态反应物反应生成气态生成物，完全排除反应容器10内的原有气体，然后下层容纳空间11内的液态反应物进入上层容纳空间12内，然后上层容纳空间12内的液态反应物进入到凹槽21内，接着凹槽21内的固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物。实际操作时，下层容纳空间11内放置的固态反应物是相对过量的，也就是其产生的气态生成物足以使得反应容器10内的原有气体完全排除。待下层容纳空间11内放置的固态反应物消耗完毕后，下层容纳空间11内的液态反应物再进入上层容纳空间12内，然后上层容纳空间12内的液态反应物进入到凹槽21内与凹槽21内装载的固态反应物反应。

然后，执行排出步骤，所述导气管63处于敞口状态，气态生成物沿所述导气管63排出到反应容器10的外部。

然后，执行停止步骤，关闭气体阀门30，因进入凹槽21内的液态反应物与固态反应物继续反应生成气态生成物，导致上层容纳空间12内的气压增加，上层容纳空间12内的液态反应物高度下降，凹槽21内残存的固态反应物或液态反应物因参与反应而消耗，最终因缺乏反应物而反应停止。

最后，执行维护步骤，开启顶盖18，从反应容器内取出连接杆61和板体20，对板体20进行清洁和更换，需要继续进行反应时，在板体20的凹槽21内再次装载固态反应物。

最后需要说明的是，本发明不限于上述的实施方式，诸如在两个相邻的凹槽之间可以设置中间槽，中间槽内也放置一定量的固态反应物，当反应容器经过长时间的存放后，反应容器的内部空间容易掺杂其它气体，而在每次收集气态生成物之前，可以先利用中间槽内的固态反应物与液态反应物反应，其产生的气态生成物可以完全排除反应容器内的原有气体，从而保持反应容器内的气体环境为纯净的气态生成物。上述设计等也在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器,其特征在于，包括:

反应容器；

板体，设置在所述反应容器内，所述板体的延伸方向与水平方向形成锐角夹角，所述板体把所述反应容器分割为下层容纳空间和上层容纳空间，所述上层容纳空间和所述下层容纳空间连通；

导气管，所述导气管设置在所述上层容纳空间的侧壁上，在所述导气管上具有气体阀门；

液体漏斗，与所述下层容纳空间连通；

在所述板体上设置有多个凹槽，多个所述凹槽在所述板体的延伸方向相互间隔地排列。

2.根据权利要求1所述的用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器，其特征在于：

所述凹槽的横截面为矩形或圆形或椭圆形或三角形或六边形。

3.根据权利要求1所述的用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器，其特征在于：

所述板体的边缘具有第一区域部和第二区域部，所述第二区域部相比于所述第一区域部更靠近所述反应容器的底壁，所述第二区域部具有密集排列的多个小孔。

4.根据权利要求3所述的用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器，其特征在于：

所述第一区域部具有通气孔。

5.根据权利要求1至4任一项所述的用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器，其特征在于：

在所述下层容纳空间的侧壁上具有至少三个支撑凸块，在铅垂方向上，其中一个所述支撑凸块在下层容纳空间侧壁上的高度高于另外两个等高的所述支撑凸块。

6.根据权利要求1至4任一项所述的用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器，其特征在于：

所述反应容器具有顶盖，所述顶盖与所述反应容器的侧壁可拆卸连接；

所述反应容器内还设置有连接杆，连接杆的下端与所述板体可拆卸连接。

7.用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器的工作方法，其特征在于：

所述反应器包括:

反应容器；

板体，设置在所述反应容器内，所述板体的延伸方向与水平方向形成锐角夹角，所述板体把所述反应容器分割为下层容纳空间和上层容纳空间，所述上层容纳空间和所述下层容纳空间连通；

导气管，所述导气管设置在所述上层容纳空间的侧壁上，在所述导气管上具有气体阀门；

液体漏斗，与所述下层容纳空间连通；

在所述板体上设置有多个凹槽，多个所述凹槽沿所述板体的延伸方向相互间隔地排列；

该工作方法包括下面的步骤：

预备步骤，选择与反应相适应的所述板体，连接所述板体与连接杆，在所述下层容纳空间内放置固态反应物，在所述板体的凹槽内放置定量的固态反应物，将所述板体置入所述反应容器内，组装反应容器的顶盖；

加液步骤，开启所述气体阀门，在所述液体漏斗内装载液态反应物，所述液体漏斗内的液态反应物进入所述反应容器的下层容纳空间内；

反应步骤，首先所述下层容纳空间内的液态反应物与所述下层容纳空间内放置的固态反应物反应生成气态生成物，完全排除所述反应容器内的原有气体，然后所述下层容纳空间内的液态反应物进入所述上层容纳空间内，然后所述上层容纳空间内的液态反应物进入到所述凹槽内，接着所述凹槽内的固态反应物与所述液态反应物反应生成气态生成物；

排出步骤，所述导气管处于敞口状态，气态生成物沿所述导气管排出到反应容器的外部；

停止步骤，关闭所述气体阀门，因进入所述凹槽内的液态反应物与固态反应物继续反应生成气态生成物，导致所述上层容纳空间内的气压增加，所述上层容纳空间内的液态反应物高度下降，所述凹槽内残存的固态反应物或液态反应物因参与反应而消耗，最终因缺乏反应物而反应停止；

维护步骤，开启顶盖，从反应容器内取出连接杆和板体，对板体进行清洁和更换，需要继续进行反应时，在板体的凹槽内再次装载固态反应物。

8.根据权利要求7所述的用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器的工作方法，其特征在于：

所述板体的边缘具有第一区域部和第二区域部，所述第二区域部相比于所述第一区域部更靠近所述反应容器的底壁，所述第二区域部具有密集排列的多个小孔；

在所述反应步骤的初期阶段，所述液态反应物首先与所述下层容纳空间内放置的所述固态反应物反应一定时间，然后所述液态反应物再通过所述小孔进入到所述上层容纳空间内。

9.根据权利要求7或8所述的用于固态反应物与液态反应物反应生成气态生成物的反应器的工作方法，其特征在于：

所述反应容器具有顶盖，所述顶盖与所述反应容器的侧壁可拆卸连接；所述反应容器内还设置有连接杆，所述连接杆的下端与所述板体可拆卸连接；

执行排出步骤后，开启所述顶盖，从所述反应容器内取出所述连接杆和所述板体，对所述板体进行清洁和更换，在所述板体的所述凹槽内再次装载固态反应物。