CN203275231U - 一种真空状态下材料动态吸附系数测量装置 - Google Patents

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魏建军
张振中
欧阳钦
江锋
张冰
刘熠
管玉峰
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Abstract

本实用新型属于材料物化性能测量技术领域，涉及一种真空状态下材料动态吸附系数测量装置。本实用新型包括载气瓶、待吸附气体瓶、TCD检测器、加湿控温装置、吸附材料床、除湿装置、数据处理设备和真空泵：载气瓶中的载气经TCD检测器与待吸附气体瓶中的待吸附气体相混合；一部分混合气体经加湿控温装置后与剩余的干燥混合气体再次混合；再次混合后的气体经吸附材料床进入除湿装置；除湿后的气体进入TCD检测器；TCD检测器将测量数据输出至数据处理设备，检测后的气体进入真空泵。本实用新型能够直接测量负压状态下活性炭对于惰性气体动态吸附系数，并通过真空调节和温湿度调节等手段，实现了不同环境条件中吸附材料动态吸附系数的测量。

Description

一种真空状态下材料动态吸附系数测量装置
技术领域
本实用新型属于材料物化性能测量技术领域，具体涉及一种真空状态下材料动态吸附系数测量装置。
背景技术
使用活性炭吸附Ar、Kr、Xe和Rn等放射性惰性气体是一种行之有效的方法，特别是在核电站中，使用活性炭床对放射性惰性气体进行吸附滞留，可以达到有效去除其放射性，保护工作人员身体健康和环境免受污染的目的。
核电站中活性炭床的运行状态多为负压状态，以免系统中的放射性由于正压原因泄漏进入外界环境，造成环境的放射性污染。目前，测量活性炭吸附性能的装置分为两大类，一类为静态吸附测量仪，可以获得活性炭的吸附等温线等参数；另一类为动态吸附测量仪，多为气相色谱、质谱等。这两类仪器都不能直接测量负压状态下活性炭对于惰性气体的动态吸附系数。
而通过在真空状态下测量活性炭等吸附材料对于气态物质的动态吸附系数，能够获得材料在装载系统中运行的真实性能参数，对于装载系统的设计、建造和运行具有重要指导意义和价值，能够为新材料的开放以及优化提供重要实验数据，是本领域亟需解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型需要解决的技术问题为：现有技术的装置难以直接测量负压状态下活性炭对于惰性气体的动态吸附系数。
本实用新型的技术方案如下所述：
一种真空状态下材料动态吸附系数测量装置，包括载气瓶、待吸附气体瓶、TCD检测器、加湿控温装置、吸附材料床、除湿装置、数据处理设备和真空泵：载气瓶中的载气经TCD检测器与待吸附气体瓶中的待吸附气体相混合；一部分混合气体经加湿控温装置后与剩余的干燥混合气体再次混合；再次混合后的气体经吸附材料床进入除湿装置；除湿后的气体进入TCD检测器；TCD检测器将测量数据输出至数据处理设备，检测后的气体进入真空泵。
作为优选方案，
载气瓶通过1#稳压阀和1#质量流量计进入TCD检测器；TCD检测器第一出口的载气通过六通阀与待吸附气体瓶中的待吸附气体相混合，经过1#三通阀，一部分通过2#质量流量计进入加湿控温装置，另一部分通过3#质量流量计后与经加湿控温的混合气体在2#三通阀处再次混合；再次混合后的气体先后经过置于2#恒温加热装置中的1#空容量瓶、吸附材料床和2#空容量瓶，最后进入除湿装置；除湿后的气体进入TCD检测器；所述TCD检测器得到的测量数据输出至数据处理设备；TCD检测器检测后的混合气体从第二出口排出，先后经压力表、精密调节阀，最后进入真空泵。
作为进一步的优选方案，
1#空容量瓶和2#空容量瓶分别设有温度测量装置和湿度测量装置：温度测量装置可以采用铂电阻，湿度测量装置可以采用露点仪；所述待吸附气体瓶输出的可以为脉冲待吸附气体；所述加湿控温装置可以包括装有去离子水的盛水容量瓶和1#恒温加热装置，盛水容量瓶置于1#恒温加热装置中。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型的真空状态下材料动态吸附系数测量装置，能够直接测量负压状态下活性炭对于惰性气体的动态吸附系数；并通过真空调节和温湿度调节等手段，实现了不同环境条件中吸附材料动态吸附系数的测量。
附图说明
图1为本实用新型的真空状态下材料动态吸附系数测量装置结构示意图。
图中，其中，1-载气瓶；2-待吸附气体瓶；3-1#稳压阀；4-1#质量流量计；5-六通阀；6-1#三通阀；7-2#质量流量计；8-盛水容量瓶；9-1#恒温加热装置；10-3#质量流量计；11-2#三通阀；12-1#铂电阻；13-1#湿度测量装置；14-1#空容量瓶；15-TCD检测器；16-2#铂电阻；17-吸附材料床；18-除湿装置；19-3#铂电阻；20-2#湿度测量装置；21-2#空容量瓶；22-2#恒温加热装置；23-数据处理设备；24-压力表；25-精密调节阀；26-真空泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的真空状态下材料动态吸附系数测量装置进行详细说明。
如图1所示，本实用新型的真空状态下材料动态吸附系数测量装置，包括载气瓶1、待吸附气体瓶2、TCD检测器15、加湿控温装置、吸附材料床17、除湿装置18、数据处理设备23和真空泵26。
其中，载气瓶1中的载气经TCD检测器15与待吸附气体瓶2中的待吸附气体相混合；一部分混合气体经加湿控温装置后与剩余的干燥混合气体再次混合；再次混合后的气体经吸附材料床17进入除湿装置18；除湿后的气体进入TCD检测器15；TCD检测器15将测量数据输出至数据处理设备23，检测后的气体进入真空泵26。
本实施例中，载气瓶1通过1#稳压阀3和1#质量流量计4进入TCD检测器15，TCD检测器15得到测量数据A；TCD检测器15第一出口的载气通过六通阀5与待吸附气体瓶2中的待吸附气体相混合，经过1#三通阀6，一部分通过2#质量流量计7进入加湿控温装置，另一部分通过3#质量流量计10后与经加湿控温的混合气体在2#三通阀11处再次混合，这种设计用于调节相对湿度：相对湿度较低时使用干燥气体和水蒸气混合的方式，在相对湿度较高时使用干燥气体直接通入水中加湿的方式；再次混合后的气体先后经过置于2#恒温加热装置22中的1#空容量瓶14、吸附材料床17和2#空容量瓶21，最后进入除湿装置；除湿后的气体进入TCD检测器15得到测量数据B；所述TCD检测器15得到的测量数据A和测量数据B输出至数据处理设备；TCD检测器15检测后的混合气体从第二出口排出，先后经压力表24、精密调节阀25，最后进入真空泵26。
本实施例中，1#空容量瓶14和2#空容量瓶21分别设有温度测量装置和湿度测量装置：温度测量装置可以采用铂电阻；湿度测量装置可以采用露点仪。
本实施例中，所述待吸附气体瓶2输出的为脉冲待吸附气体。
本实施例中，所述加湿控温装置包括装有去离子水的盛水容量瓶8和1#恒温加热装置9，盛水容量瓶8置于1#恒温加热装置9中。
本实用新型装置的使用方法如下所述：
启动装置，根据不随时间变化的测量数据A和随时间变化的测量数据B，确定待吸附气体在混合气体中的浓度比例及该浓度比例随测量时间的变化规律；在吸附材料床17内无吸附材料的状态下记录TCD检测器15得到的混合气体峰值时间t1，在吸附材料床17内有吸附材料的状态下记录TCD检测器15得到的混合气体峰值时间t2，则待吸附气体在吸附材料内的滞留时间△t=t2-t1；吸附材料的质量为m；通过吸附材料的混合气体的体积流量为f；则数据处理设备通过下式即可得到动态吸附系数k，k=△t*f/m。
如图2所示，使用本实用新型的装置测量吸附材料活性炭对待吸附气体Kr的动态吸附系数：在吸附材料床17内无吸附材料的状态下记录TCD检测器15得到的混合气体峰值时间t1=175s；在吸附材料床17内有吸附材料的状态下记录TCD检测器15得到的混合气体峰值时间，两次测量时间分别为265s和270s，则t2取平均值为267.5s；吸附材料活性炭质量m为0.8162g；通过吸附材料的混合气体的体积流量f为18.2cm3/min，测试工况为306.15K和90kPa；则动态吸附系数 k = Δt * f / m = 18.2 * ( 267.5 - 175 ) 60 * 0.8162 = 34.38 cm 3 / g . 在此基础上，还可以采用现有技术对动态吸附系数进行温度压力修正，修正后的动态吸附系数为27.61cm3/g。

Claims (6)

1.一种真空状态下材料动态吸附系数测量装置，包括载气瓶（1）、待吸附气体瓶（2）、TCD检测器（15）、加湿控温装置、吸附材料床（17）、除湿装置（18）、数据处理设备（23）和真空泵（26），其特征在于：载气瓶（1）中的载气经TCD检测器（15）与待吸附气体瓶（2）中的待吸附气体相混合；一部分混合气体经加湿控温装置后与剩余的干燥混合气体再次混合；再次混合后的气体经吸附材料床（17）进入除湿装置（18）；除湿后的气体进入TCD检测器（15）；TCD检测器（15）将测量数据输出至数据处理设备（23），检测后的气体进入真空泵（26）。
2.根据权利要求1所述的真空状态下材料动态吸附系数测量装置，其特征在于：载气瓶（1）通过1#稳压阀（3）和1#质量流量计（4）进入TCD检测器（15）；TCD检测器（15）第一出口的载气通过六通阀（5）与待吸附气体瓶（2）中的待吸附气体相混合，经过1#三通阀（6），一部分通过2#质量流量计（7）进入加湿控温装置，另一部分通过3#质量流量计（10）后与经加湿控温的混合气体在2#三通阀（11）处再次混合；再次混合后的气体先后经过置于2#恒温加热装置（22）中的1#空容量瓶（14）、吸附材料床（17）和2#空容量瓶（21），最后进入除湿装置；除湿后的气体进入TCD检测器（15）；所述TCD检测器（15）得到的测量数据输出至数据处理设备；TCD检测器（15）检测后的混合气体从第二出口排出，先后经压力表（24）、精密调节阀（25），最后进入真空泵（26）。
3.根据权利要求1或2所述的真空状态下材料动态吸附系数测量装置，其特征在于：1#空容量瓶（14）和2#空容量瓶（21）分别设有温度测量装置和湿度测量装置。
4.根据权利要求3所述的真空状态下材料动态吸附系数测量装置，其特征在于：温度测量装置采用铂电阻，湿度测量装置采用露点仪。
5.根据权利要求1或2所述的真空状态下材料动态吸附系数测量装置，其特征在于：所述待吸附气体瓶（2）输出的为脉冲待吸附气体。
6.根据权利要求1或2所述的真空状态下材料动态吸附系数测量装置，其特征在于：所述加湿控温装置包括装有去离子水的盛水容量瓶（8）和1#恒温加热装置（9），盛水容量瓶（8）置于1#恒温加热装置（9）中。
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