CN110441183A - 一种蒸汽驱替过程中有机污染物的相变观测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蒸汽驱替过程中有机污染物的相变观测装置，包括耐高温高压钢化玻璃密封箱体、高温高压蒸汽发生器、高温高压空气发生器、第一流管、第二流管、气体流速控制器、流体分离器、第一称重器、第二称重器、相机、红外热成像仪。该装置可观测多孔介质中有污染物在热蒸驱替过程中的温度及相变状态变化，测试不同热蒸驱替方案对有机物驱替效率的影响。
Description
技术领域
本发明涉及环境岩土工程技术领域，特别涉及一种蒸汽驱替过程中有机污染物的相变状态观测装置。
背景技术
土壤有机物污染修复已成为当今环境问题中的焦点问题之一。土体有机污染物在高温蒸汽驱替法是一种有效去除土体有机污染物方法，其过程涉及到不同介质的相变行为及多相介质温度-水力-化学耦合作用的动力学，及非水相流体相变效应、非水相流体产生与传输、环境土体化学固结、土体孔隙骨架变形及渗透性突变等问题。在有机污染土体相变过程中，多相介质相互作用行为包括固-液-气转化、包裹-捕捉、挥发-气化等物理过程，以及沉淀-溶解、氧化-还原、络合-鳌合、水解等化学过程，上述过程演化易导致有机流体突变、孔隙变化、粒径重组、力学及渗透性改变。由于有机污染土体内部介质成分复杂及土体细微观结构不确定和多样性，目前对有机污染土体物理及化学转化的演化机制和规律描述不清，尤其是对高温、化学及高压等长期环境下土体结构的相变规律认识不足，获知有机污染物在不同环境条件下的相变状态及迁移过程是分析热蒸驱替方案有效性的前提。
为了对有机污染物在多孔介质中的相变迁移过程进行观测，现有实验一般在室内采用一维土柱单向传输实验装置，模拟一种或几种污染物组分在多种动态状况下单向传输过程；及采用二维通用物理模拟实验台架针对简单条件下的驱替过程开展定性或概念性观测实验和分析。这些装置和实验缺乏对污染物空间传输过程中污染物相变物化指标变化和的运移定量描述和连续性表征，在联合水蒸汽与热空气注入强化修复方面缺乏装置精准控温与污染物实时监测，可视化结果局限性高。因此，有必要研发一套能有效观测热蒸驱替过程中污染有机物在多孔介质中相变运移过程的试验装置，开展有机污染物土体有效热蒸驱替方案的相关研究工作。
发明内容
本发明提供了一种蒸汽驱替过程中有机污染物的相变观测装置，能直接观测与测量多孔介质在不同热蒸驱替过程中有机物的相变转换与迁移过程。
本发明提供的一种蒸汽驱替过程中有机污染物的相变观测装置，包括：密封箱体、第一流管、第二流管、蒸汽发生器、空气发生器、冷凝器、流体分离器、第一称重器、第二称重器、图像采集设备，其中：
所述密封箱体包括敞口箱及密封隔板，所述密封隔板可拆卸固定在所述敞口箱的敞口端，将所述敞口箱内的容置空间密封；
所述第一流管及所述第二流管分别固定在所述密封箱体的两端，且所述第一流管的出口连通所述密封箱体内的容置空间，所述第二流管的进口连通所述密封箱体内的容置空间；
所述蒸汽发生器及所述空气发生器的输出端连接所述第一流管的进口；
所述冷凝器的输入端连接所述第二流管的出口；
所述流体分离器的输入端连接所述冷凝器的输出端；
所述第一称重器及所述第二称重器分别连接所述流体分离器的两个输出端；
所述图像采集设备设置在所述密封箱体的一侧。
作为优选，所述密封箱体由耐高温高压的钢化玻璃制成，用于放置实验用的透明颗粒多孔介质及有机物。
作为优选，所述蒸汽发生器用于生产高温高压蒸汽；所述蒸汽发生器通过耐高温高压管道连接所述第一流管的进口。
作为优选，还包括第一电子阀门，设置在所述蒸汽发生器与所述第一流管之间的所述耐高温高压管道上。
作为优选，所述空气发生器用于生产高温高压空气；所述空气发生器通过耐高温高压管道连接所述第一流管的进口。
作为优选，还包括第二电子阀门，设置在所述空气发生器与所述第一流管之间的所述耐高温高压管道上。
作为优选，还包括气体流速控制器，与所述第一电子阀门及所述第二电子阀门电性连接，以控制所述高温高压蒸汽及所述高温高压空气的流速。
作为优选，所述图像采集设备包括红外热成像仪及至少一相机，所述红外热成像仪及所述相机的数据采集口正对所述密封箱体。
作为优选，还包括光源，设置在所述密封箱体的另一侧。
作为优选，包括两个所述相机，两个所述相机及所述红外热成像仪沿竖直方向布置，所述红外热成像仪位于两个所述相机之间。
本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
该装置可观测多孔介质中有污染物在热蒸驱替过程的相变过程及迁移状态，测试不同热蒸驱替方案对有机物驱替效率的影响。进行实验时，将透明颗粒多孔介质及有机物放置在密封箱体内，当蒸汽和空气注入到密封箱体后，可开展相变运移状态可视化实验，可视化实验过程中，蒸汽和空气与有机物相互作用，通过相机拍摄有机物相变状态及通过红外热成像仪测量温度变化，实现在热蒸驱替过程中有机物的相变迁移同步观测。同时，驱替气体进入出气流管，通过流体分离器，利用称重器可测量驱替有机物质量，获取热蒸驱替效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
图1为本发明实施例提供的蒸汽驱替过程中有机污染物的相变观测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的蒸汽驱替过程中有机污染物的相变观测装置的光源、相机及红外热成像仪的位置示意图。
附图中各标号代表的部件依次为：
1耐高温高压钢化玻璃密封箱体、2第一流管、3第二流管、4高温高压蒸汽发生器、5高温高压空气发生器、6气体流速控制器、7第二电子阀门、8第一电子阀门、9冷凝器、10流体分离器、11第一称重器、12第二称重器、13耐高温高压管道、14光源、15相机、16红外热成像仪、17密封隔板
具体实施方式
本申请实施例提供的蒸汽驱替过程中有机污染物的相变观测装置，是一种有机污染物蒸汽驱替过程中固-液-气-热相变运移状态可视化试验系统，该装置可直接观测与测量多孔介质在不同热蒸驱替过程中，有机物的相变转换与迁移过程。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
参见附图1和2，该装置包括耐高温高压钢化玻璃密封箱体1、高温高压蒸汽发生器4、高温高压空气发生器5、第一流管2、第二流管3、气体流速控制器6、流体分离器10、第一称重器11、第二称重器12、相机15、红外热成像仪16。该装置可观测多孔介质中有污染物在热蒸驱替过程的相变状态，测试不同热蒸驱替方案对有机物驱替效率的影响。耐高温高压钢化玻璃密封箱体1用于放置透明圆形颗粒多孔介质及有机物，并应用于改变颗粒大小及有机物含量。高温高压蒸汽发生器4和高温高压空气发生器5用于注入高温高压的水蒸汽及空气，并可通过气体流速控制器6控制水蒸汽及空气的流速。当水蒸汽及空气注入到耐高温高压钢化玻璃密封箱体1内，可开展相变状态可视化实验，可视化实验过程中，高温水蒸汽及空气与有机物相互作用，通过相机15拍摄有机物相变状态及通过红外热成像仪16测量温度变化，实现在热蒸驱替过程中有机物相变过程及迁移状态的同步观测。同时，驱替气体进入第二流管3，通过流体分离器10，利用第一称重器11及第二称重器12可测量驱替有机物质量，获取热蒸驱替效率。
作为一种优选的实施例，该装置包括：耐高温高压钢化玻璃密封箱体1内设置可拆卸的密封隔板17，耐高温高压钢化玻璃密封箱体1的四个边角上分别开有定位孔，第一流管2及第二流管3都为圆柱体流管，第一流管2及第二流管3的出口分别固定连接在密封箱体1两侧的密封盖上，高温高压蒸汽发生器4和高温高压空气发生器5通过耐高温高压管道连接在第一流管2上，第一流管2与高温高压蒸汽发生器4和高温高压空气发生器5之间分别连接第一电子阀门8及第二电子阀门7，第一电子阀门8及第二电子阀门7同时连接气体流速控制器6，第二流管3通过耐高温高压管道13连接冷凝器9，冷凝器9连接流体分离器10，流体分离器10分别连接第一称重器11及第二称重器12。耐高温高压钢化玻璃密封箱体1的正面一侧放置两个相机15及红外热成像仪16，背面的一侧放置光源14。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种蒸汽驱替过程中有机污染物的相变观测装置，其特征在于，包括：密封箱体、第一流管、第二流管、蒸汽发生器、空气发生器、冷凝器、流体分离器、第一称重器、第二称重器、图像采集设备，其中：
所述密封箱体包括敞口箱及密封隔板，所述密封隔板可拆卸固定在所述敞口箱的敞口端，将所述敞口箱内的容置空间密封；
所述第一流管及所述第二流管分别固定在所述密封箱体的两端，且所述第一流管的出口连通所述密封箱体内的容置空间，所述第二流管的进口连通所述密封箱体内的容置空间；
所述蒸汽发生器及所述空气发生器的输出端连接所述第一流管的进口；
所述冷凝器的输入端连接所述第二流管的出口；
所述流体分离器的输入端连接所述冷凝器的输出端；
所述第一称重器及所述第二称重器分别连接所述流体分离器的两个输出端；
所述图像采集设备设置在所述密封箱体的一侧。
2.如权利要求1所述的蒸汽驱替过程中有机污染物的相变观测装置，其特征在于，所述密封箱体由耐高温高压的钢化玻璃制成，用于放置实验用的透明颗粒多孔介质及有机物。
3.如权利要求1所述的蒸汽驱替过程中有机污染物的相变观测装置，其特征在于，所述蒸汽发生器用于生产高温高压蒸汽；所述蒸汽发生器通过耐高温高压管道连接所述第一流管的进口。
4.如权利要求3所述的蒸汽驱替过程中有机污染物的相变观测装置，其特征在于，还包括第一电子阀门，设置在所述蒸汽发生器与所述第一流管之间的所述耐高温高压管道上。
5.如权利要求4所述的蒸汽驱替过程中有机污染物的相变观测装置，其特征在于，所述空气发生器用于生产高温高压空气；所述空气发生器通过耐高温高压管道连接所述第一流管的进口。
6.如权利要求5所述的蒸汽驱替过程中有机污染物的相变观测装置，其特征在于，还包括第二电子阀门，设置在所述空气发生器与所述第一流管之间的所述耐高温高压管道上。
7.如权利要求6所述的蒸汽驱替过程中有机污染物的相变观测装置，其特征在于，还包括气体流速控制器，与所述第一电子阀门及所述第二电子阀门电性连接，以控制所述高温高压蒸汽及所述高温高压空气的流速。
8.如权利要求1所述的蒸汽驱替过程中有机污染物的相变观测装置，其特征在于，所述图像采集设备包括红外热成像仪及至少一相机，所述红外热成像仪及所述相机的数据采集口正对所述密封箱体。
9.如权利要求8所述的蒸汽驱替过程中有机污染物的相变观测装置，其特征在于，还包括光源，设置在所述密封箱体的另一侧。
10.如权利要求8所述的蒸汽驱替过程中有机污染物的相变观测装置，其特征在于，包括两个所述相机，两个所述相机及所述红外热成像仪沿竖直方向布置，所述红外热成像仪位于两个所述相机之间。
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