CN110775943B - 一种高压氯气产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高压氯气产生装置，该装置至少由反应容器、密封盖、反应物存放器和氯气出口阀四个部分组成，密封盖在反应容器的顶部位置将反应容器盖住密封，反应物存放器放置在反应容器的内部，氯气出口阀位于反应容器的侧面或安装在密封盖上。将生成氯气的两种反应物，一种反应物是浓盐酸，另外一种反应物是高锰酸钾或二氧化锰中的一种或二种之混合，分别放入反应容器和反应物存放器，盖上密封盖，关闭氯气出口阀，设法使反应物存放器和反应容器中的反应物发生接触并发生化学反应即可产生高压氯气，所产生的高压氯气经由氯气出口阀放出后就可以供给下游作进一步的处理和使用。

Description

一种高压氯气产生装置
技术领域
本发明涉及一种应用于实验室制备高压氯气的装置，属于化学实验室仪器设备领域。
背景技术
氯气是一种化学实验室常用的气体。目前，最为方便和常用的氯气实验室制备方法是利用浓盐酸与高锰酸钾反应或浓盐酸与二氧化锰反应来产生氯气，反应方程式如下所示，
16HCl(浓)+2KMnO4＝KCl+8H2O+2MnCl2+5Cl2↑ (1)
Figure BDA0001748797800000011
而基于上述这两个反应的氯气实验室制备装置通常是如下的结构：一个上部开口的玻璃容器，如试管或烧瓶，作为反应容器，玻璃容器的开口用一个橡皮塞密封，在橡皮塞上开有两个孔，其中一个孔插入分液漏斗，另外一个孔则作为氯气的出口。制备氯气时，在玻璃容器底部放置高锰酸钾或二氧化锰固体，然后打开分液漏斗往玻璃容器内滴加浓盐酸，浓盐酸与高锰酸钾或者与二氧化锰接触后即可反应产生氯气；对于反应物是二氧化锰的情况，还需要对二氧化锰和浓盐酸混合物进行加热才能有效产生氯气。
虽然目前的氯气实验室制备装置已经很成熟并广泛应用于各个化学实验室中，但它也有一个缺点，就是只能产生压力在大气压附近或略高于大气压的氯气，并不适用于需要高压氯气的场合，这是因为它的结构决定了一旦压力升高，不但分液漏斗盛放的浓盐酸液体会停止下滴，从而导致反应停止，而且还可能会使橡皮塞被高压氯气顶开，从而装置的结构受到破坏。为克服现有的氯气实验室制备装置不能产生高压氯气的缺点，本专利发明人对现有的氯气实验室制备装置作了改进，发明了一种高压氯气产生装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于实验室制备高压氯气的装置，使用该装置，可以在实验室方便而快捷的制备出高压氯气。
为了实现上述目的，该高压氯气产生装置的特征在于：该装置至少包括反应容器、密封盖、反应物存放器和氯气出口阀四个部分，反应容器为一顶部设有开口的密闭容器，密封盖在反应容器的顶部位置将反应容器的开口盖住并密封，由反应容器和密封盖组成一密闭腔室；上部设有开口的反应物存放器设置或放置在反应容器的内部，于密闭腔室上设有氯气出口，于密闭腔室外部的氯气出口处设有氯气出口阀；
将生成氯气所需的两种反应物，一种反应物是浓盐酸，另外一种反应物是高锰酸钾或二氧化锰中的一种或二种之混合，两种反应物中的一种直接放入反应容器内、另一种放入反应物存放器内或上表面，于反应容器开口上盖上密封盖，关闭氯气出口阀，设法使反应物存放器和反应容器中的反应物发生接触并发生化学反应即可产生高压氯气，使接触发生的方式可为晃动、倾斜或倒置反应容器，所产生的高压氯气经由氯气出口阀放出后就可以供给其下游氯气处理或使用装置作进一步的处理或使用。
为方便观察反应容器内的压力变化情况，可以在反应容器侧面或密封盖上安装压力表。
为密封高压氯气，反应容器和密封盖应选用耐高压的材料来制造；同时，由于氯气和盐酸均具有腐蚀性，所选用的材料还必须要能抵抗氯气和盐酸的腐蚀。为此，加工制造反应容器和密封盖所用的材料可以是表面敷聚四氟乙烯的不锈钢或有机玻璃(又名聚甲基丙烯酸甲酯)。
为方便从反应容器导引出氯气，氯气出口位于反应容器的侧壁面上或安装在密封盖上。
反应物存放器直接设置于反应容器内部，其为一固定于反应容器内壁面上的横向板体、或为一固定于反应容器内部的上部开口容器、或为一固定于反应容器底面上的竖向板体所隔离形成的腔室；竖向板体的底边与反应容器底面密闭固接、其左右二个侧边均与反应容器内壁面密闭固接，将反应容器中下部分隔成二个互不相通的上部开口的腔室，其中一个腔室作为反应物存放器用来放置浓盐酸，另外一个腔室用来放置高锰酸钾或二氧化锰中的一种或二种之混合。为产生尽可能高压力的氯气，浓盐酸的质量浓度应在30-37％。
用上述装置产生的高压氯气包含有1个大气压的空气，这是因为在两种反应物发生接触之前的操作是敞开在大气压环境下进行的。为降低所获得的高压氯气中的空气含量，可在两种反应物发生接触之前将真空泵与氯气出口阀相连接，对反应容器进行抽气，经过一段时间后再关闭氯气出口阀让两种反应物发生接触并发生化学反应。
另外，值得指出的是，尽管空气可以在两种反应物发生接触之前抽除掉，但所产生的高压氯气还是不可避免的含有氯化氢和水汽两种杂质，它们是从浓盐酸中挥发出来的。为除去氯化氢和水汽两种杂质，可在使用氯气之前，先将氯气通入饱和食盐水来吸收除掉氯化氢，再通入浓硫酸来吸收除掉水汽。
本发明的优点为：
结构简单，使用方便，仅通过使用浓盐酸与高锰酸钾或浓盐酸与二氧化锰两种化学药品就可获得高压氯气。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明，但这些实施例并不限制本发明。
图1是高压氯气产生装置结构示意图。
图2是高压氯气产生装置结构示意图。
图3是高压氯气产生装置结构示意图。
图中，1-反应容器、2-密封盖、3-反应物存放器、4-氯气出口阀、5-密封条、6-螺栓螺帽、7-压力表、8-支撑棒、9-竖向板体。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明，但这些实施例并不限制本发明。
实施例1：
请参阅图1所示。高压氯气产生装置由反应容器1、密封盖2、反应物存放器3和氯气出口阀4四个部分组成(在本实施例中反应容器1的上部侧面没有压力表7)，密封盖2在反应容器1的顶部位置将反应容器1盖住密封，反应物存放器3放置在反应容器1的内部底部，氯气出口阀4位于反应容器1的上部侧面。反应容器1是一个内径
Figure BDA0001748797800000031
高220mm的圆桶，密封盖2呈圆板形状，两者通过法兰连接方式连接，即在密封盖2与反应容器1之间放有密封条5，然后用螺栓螺帽6将密封盖2紧压在反应容器1上。加工制造反应容器1和密封盖2所用的材料是表面敷聚四氟乙烯的不锈钢。反应物存放器3是一个内径
Figure BDA0001748797800000032
高度110mm的烧杯，烧杯底部用胶粘固定在反应容器1的底部。
打开密封盖2，在反应容器1的底部平铺70g高锰酸钾固体颗粒，往反应物存放器3倒入500ml浓度为37％的浓盐酸。盖上密封盖2并用螺栓螺帽紧固好。关上氯气出口阀4。将装置倾斜90度放倒后立正，浓盐酸流淌出反应物存放器3并与高锰酸钾固体颗粒发生接触和反应。
结果是：60分钟后，在氯气出口阀4接上压力表，打开氯气出口阀4后压力表读数显示大于6atm(绝压)，这一压力包含了反应前密封在反应容器1内的1个大气压的空气压力。这表明氯气压力达到了5atm以上。
实施例2：
除以下不同外，其余同实施例1。
在反应容器1的上部侧面安装有压力表7。
结果是：60分钟后，压力表7的读数显示大于6atm(绝压)，这一压力包含了反应前密封在反应容器1内的1个大气压的空气压力。这表明氯气压力达到了5atm以上。
实施例3：
除以下不同外，其余同实施例2。
为降低所获得的高压氯气中的空气含量，在两种反应物发生接触之前将真空泵与氯气出口阀4相连接，对反应容器1进行抽气，经过大约30秒后压力表7的读数显示为0atm(绝压)，关闭氯气出口阀4，将装置倾斜90度放倒后立正，浓盐酸流淌出反应物存放器3并与高锰酸钾固体颗粒发生接触和反应。
结果是：60分钟后，压力表7的读数显示大于5atm(绝压)，这表明氯气压力达到了5atm以上。
实施例4：
除以下不同外，其余同实施例2。
请参阅图2所示。反应容器1的下部内侧焊接有两根直径为
Figure BDA0001748797800000041
长度为70mm、间距为60mm、互相平行且在同一水平面上的支撑棒8，反应物存放器3是一块长70mm×宽70mm×厚2mm的玻璃片，搁置在两根支撑棒上。在反应容器1的底部倒入500ml浓度为37％的浓盐酸，在反应物存放器3上放置70g高锰酸钾。在两种反应物发生接触之前将真空泵与氯气出口阀4相连接，对反应容器1进行抽气，经过大约30秒后压力表7的读数显示为0atm(绝压)，关闭氯气出口阀4，将装置倾斜后立正，使反应物存放器3上的高锰酸钾滑落到浓盐酸中，两种反应物发生接触和反应。
结果是：60分钟后，压力表7的读数显示大于5atm(绝压)，这表明氯气压力达到了5atm以上。
实施例5：
除以下不同外，其余同实施例3。
用75g二氧化锰代替70g高锰酸钾，在浓盐酸流淌出反应物存放器3并与二氧化锰固体颗粒发生接触后，用电炉对反应容器1的底部进行加热以促进反应的进行。
结果是：60分钟后，压力表7的读数显示大于4atm(绝压)，这表明氯气压力达到了4atm以上。
实施例6：
除以下不同外，其余同实施例3。
用38g二氧化锰与35g高锰酸钾形成的MnO2-KMnO4混合物代替70g高锰酸钾，在浓盐酸流淌出反应物存放器3并与MnO2-KMnO4混合物发生接触后，用电炉对反应容器1的底部进行加热以促进反应的进行。
结果是：60分钟后，压力表7的读数显示大于4.5atm(绝压)，这表明氯气压力达到了4.5atm以上。
实施例7：
除以下不同外，其余同实施例3。
反应容器1和密封盖2用有机玻璃加工制造而成。
结果是：60分钟后，压力表7的读数显示大于5atm(绝压)，这表明氯气压力达到了5atm以上。
实施例8：
请参阅图3所示。高压氯气产生装置由反应容器1、密封盖2、反应物存放器3、氯气出口阀4和压力表7五个部分组成，密封盖2在反应容器1的顶部位置将反应容器1盖住密封，反应物存放器3放置在反应容器1的内部底部，氯气出口阀4位于反应容器1的上部侧面。反应容器1是一个内径
Figure BDA0001748797800000051
高220mm的圆桶，密封盖2呈圆板形状，两者通过法兰连接方式连接，即在密封盖2与反应容器1之间放有密封条5，然后用螺栓螺帽6将密封盖2紧压在反应容器1上，在反应容器1的上部侧面安装有压力表7。加工制造反应容器1和密封盖2所用的材料是表面敷聚四氟乙烯的不锈钢。反应物存放器(3)直接设置于反应容器1内部，是一片固定于反应容器1底面上的竖向板体9所隔离形成的腔室；竖向板体9的底边与反应容器1底面密闭固接、其二个侧边均与反应容器1内壁面密闭固接，将反应容器(1)中下部分隔成二个互不相通的上部开口的腔室，其中一个腔室作为反应物存放器3用来放置浓盐酸，另外一个腔室用来放置高锰酸钾或二氧化锰中的一种或二种之混合。
打开密封盖2，在反应容器1的底部的一个腔室平铺70g高锰酸钾固体颗粒，往反应物存放器3倒入500ml浓度为37％的浓盐酸。盖上密封盖2并用螺栓螺帽紧固好。关上氯气出口阀4。将装置倾斜90度放倒后立正，浓盐酸流淌出反应物存放器3并与高锰酸钾固体颗粒发生接触和反应。
结果是：60分钟后，压力表7读数显示大于6atm(绝压)，这一压力包含了反应前密封在反应容器1内的1个大气压的空气压力。这表明氯气压力达到了5atm以上。

Claims (7)

1.一种高压氯气产生装置，其特征在于：该装置至少包括反应容器（1）、密封盖（2）、反应物存放器（3）和氯气出口阀（4）四个部分，反应容器（1）为一顶部设有开口的密闭容器，密封盖（2）在反应容器（1）的顶部位置将反应容器（1）的开口盖住并密封，由反应容器（1）和密封盖（2）组成一密闭腔室；上部设有开口的反应物存放器（3）设置或放置在反应容器（1）的内部，于密闭腔室上设有氯气出口，于密闭腔室外部的氯气出口处设有氯气出口阀（4）；
将生成氯气所需的两种反应物，一种反应物是浓盐酸，另外一种反应物是高锰酸钾或二氧化锰中的一种或二种之混合，两种反应物中的一种直接放入反应容器（1）内、另一种放入反应物存放器（3）内或上表面，于反应容器（1）开口上盖上密封盖（2），关闭氯气出口阀（4），设法使反应物存放器（3）和反应容器（1）中的反应物发生接触并发生化学反应即产生高压氯气，所产生的高压氯气经由氯气出口阀（4）放出后供给其下游氯气处理或使用装置作进一步的处理或使用。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：为方便观察反应容器（1）内的压力变化情况，在反应容器（1）侧面或密封盖（2）上安装压力表（7）。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于：加工制造反应容器（1）和密封盖（2）所用的材料是表面敷聚四氟乙烯的不锈钢或有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）。
4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：氯气出口位于反应容器（1）的侧壁面上或安装在密封盖（2）上。
5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：使反应物存放器（3）和反应容器（1）中的反应物发生接触的方式为晃动、倾斜或倒置反应容器（1）。
6.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：所述反应物存放器（3）直接设置于反应容器（1）内部，其为一固定于反应容器（1）内壁面上的横向板体、或为一固定于反应容器（1）内部的上部开口容器、或为一固定于反应容器（1）底面上的竖向板体所隔离形成的腔室；竖向板体的底边与反应容器（1）底面密闭固接、其二个侧边均与反应容器（1）内壁面密闭固接，将反应容器（1）中下部分隔成二个互不相通的上部开口的腔室，其中的一个腔室即为反应物存放器（3）。
7.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：所述浓盐酸的质量浓度为30-37%。
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