CN214041332U

CN214041332U - 一种co2水溶液饱和溶解及脱溶平衡监测系统

Info

Publication number: CN214041332U
Application number: CN202023029054.0U
Authority: CN
Inventors: 王勇; 陈楷文; 汪明元; 汪晔欢; 郭江涛; 闫锴
Original assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Current assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2021-08-24
Anticipated expiration: 2030-12-16

Abstract

本实用新型公开了一种CO₂水溶液饱和溶解及脱溶平衡监测系统，包括监测釜、高压溶气饱和仪和气压控制器，监测釜底部为釜底板，釜底板中具有测量空腔，测量空腔一端连通设有管C，测量空腔另一端连通设有管D；监测釜的顶盖上密封安装有pH传感器，pH传感器底端的pH探头置于测量空腔中；监测釜的顶盖上密封安装有真空压力表和温度传感器，气压控制器通过管G与监测釜顶部连通；高压溶气饱和仪包括升降釜、固定釜、高纯CO₂气罐和升降装置，升降釜下部连通设有管B，固定釜下部连通设有管A，升降釜顶部、固定釜顶部通过气管与高纯CO₂气罐相连通。本实用新型可以对CO₂水溶液的饱和溶解及脱溶平衡进行监测，提高实验精度，避免了人为经验性估计误差。

Description

一种CO2水溶液饱和溶解及脱溶平衡监测系统

技术领域

本实用新型涉及CO₂水溶液状态监测领域，尤其涉及一种CO₂水溶液饱和溶解及脱溶平衡监测系统。

背景技术

在制备CO₂气体饱和水溶液过程中，对于CO₂气体在反应釜中溶液是否溶解饱和、是否脱溶平衡、溶解饱和时间、脱溶平衡时间，只能凭经验给出某一压力下的估计值，其主观经验性的判定均会导致实际试验中的误差。目前，缺少有效的、可量化的监测手段及检测系统。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种CO₂水溶液饱和溶解及脱溶平衡监测系统，可以对CO₂水溶液的CO₂饱和溶解进行监测，可以准确得出各个压力下的CO₂水溶液饱和溶解状态及所需时间；可以对饱和溶液 CO₂水溶液的脱溶平衡进行监测，可以准确得出各个压力下的CO₂水溶液脱溶平衡状态及所需时间。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种CO₂水溶液饱和溶解及脱溶平衡监测系统，包括监测釜、高压溶气饱和仪和气压控制器，所述监测釜底部为釜底板，所述釜底板中具有测量空腔，所述测量空腔一端连通设有管C，所述测量空腔另一端连通设有管D；所述监测釜顶部为顶盖，所述监测釜的顶盖上密封安装有pH传感器，所述pH传感器底端具有pH探头，所述pH传感器底端的pH探头置于测量空腔中；所述监测釜的顶盖上密封安装有真空压力表和温度传感器，所述真空压力表的探测端、温度传感器的探测端均置于监测釜的釜腔中；所述监测釜的釜底板设有与釜腔相连通的管E，所述气压控制器通过管G与监测釜顶部连通；所述高压溶气饱和仪包括升降釜、固定釜、高纯CO₂气罐和升降装置，所述升降装置用于驱动升降釜升降运动，所述升降釜下部连通设有管B，所述固定釜下部连通设有管A，所述升降釜顶部、固定釜顶部通过气管与高纯CO₂气罐相连通。

为了更好地实现本实用新型，所述管C上设有第三阀门，所述管D上设有第二阀门，所述管E上设有第一阀门；所述管B上设有第九阀门，所述管A上设有第八阀门，所述气管上设有第十阀门。

进一步的技术方案是：所述管G上设有第五阀门，所述监测釜的顶盖设有与釜腔相连通的管F，所述管F上设有第四阀门。

再进一步的技术方案是：本实用新型还包括数据采集仪，所述数据采集仪分别与温度传感器、pH传感器连接。

优选地，所述监测釜由筒体和密封盖组成，密封盖为所述监测釜的顶盖，筒体的筒底为监测釜的釜底板，所述密封盖与筒体通过螺栓密封连接，所述筒体的筒腔为监测釜的釜腔。

优选地，所述真空压力表、温度传感器、pH传感器分别密封贯穿安装于密封盖上；所述管G、管F分别贯穿安装于密封盖上。

优选地，所述监测釜的釜底板内侧对应pH探头开有探头穿行孔，所述pH 传感器底端的pH探头穿过探头穿行孔置于测量空腔中。

优选地，所述监测釜的釜底板一侧具有与测量空腔相连通的第一孔道，所述监测釜的釜底板另一侧具有与测量空腔相连通的第二孔道，所述第一孔道与管C密闭连通，所述第二孔道与管D密闭连通。

优选地，所述监测釜的筒体由耐高压材料制造，所述筒体上设有透视窗，透视窗上标有度刻度线。

优选地，所述测量空腔位于监测釜的釜底板中部位置；所述升降装置包括绕线动力机构和定滑轮，所述绕线动力机构中绕制有线绳，线绳绕过定滑轮与升降釜顶部连接固定。

本实用新型较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本实用新型可以对CO₂水溶液的CO₂饱和溶解进行监测，可以准确得出各个压力下的CO₂水溶液饱和溶解状态及所需时间；本实用新型可以对饱和溶液CO₂水溶液的脱溶平衡进行监测，可以准确得出各个压力下的CO₂水溶液脱溶平衡状态及所需时间。

(2)本实用新型提供了CO₂水溶液的饱和溶解及脱溶平衡检测系统，可以对CO₂水溶液的饱和溶解及脱溶平衡进行监测，有利于得到精确的实验数据，提高实验精度，避免人为经验性估计误差。

附图说明

图1为本实用新型CO₂水溶液饱和溶解的使用连接结构示意图；

图2为本实用新型CO₂水溶液脱溶平衡的使用连接结构示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1-监测釜，10-螺栓，11-密封盖，12-筒体，13-第一阀门，131-管E，14- 第二阀门，141-管D，15-测量空腔，16-第十阀门，17-第三阀门，171-管C， 18-第四阀门，181-管F，19-第五阀门,191-管G，101-温度传感器，102-pH传感器，103-pH探头，104-数据采集仪，105-真空压力表，106-气压控制器，30- 升降釜，32-高纯CO₂气罐，321-气管，33-第八阀门，331-管A，34-第九阀门， 341-管B，35-固定釜，36-升降装置。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明：

实施例

如图1、图2所示，一种CO₂水溶液饱和溶解及脱溶平衡监测系统，包括监测釜1、高压溶气饱和仪、气压控制器106和数据采集仪104，监测釜1底部为釜底板，釜底板中具有测量空腔15，测量空腔15一端连通设有管C171，测量空腔15另一端连通设有管D141。监测釜1顶部为顶盖，监测釜1的顶盖上密封安装有pH传感器102，pH传感器102底端具有pH探头103，pH传感器102底端的pH探头103置于测量空腔15中。本实施例的测量空腔15位于监测釜1的釜底板中部位置，监测釜1的釜底板一侧具有与测量空腔15相连通的第一孔道，监测釜1的釜底板另一侧具有与测量空腔15相连通的第二孔道，第一孔道与管 C171密闭连通，第二孔道与管D141密闭连通。监测釜1的顶盖上密封安装有真空压力表105和温度传感器101，真空压力表105的探测端、温度传感器101的探测端均置于监测釜1的釜腔中。监测釜1的釜底板设有与釜腔相连通的管 E131，气压控制器106通过管G191与监测釜1顶部连通。

如图1所示，高压溶气饱和仪包括升降釜30、固定釜35、高纯CO₂气罐32 和升降装置36，升降装置36用于驱动升降釜30升降运动，升降釜30下部连通设有管B341，固定釜35下部连通设有管A331，升降釜30顶部、固定釜35顶部通过气管321与高纯CO₂气罐32相连通。管C171上设有第三阀门17，管D141 上设有第二阀门14，管E131上设有第一阀门13。管B341上设有第九阀门34，管A331上设有第八阀门33，气管321上设有第十阀门16。管G191上设有第五阀门19，监测釜1的顶盖设有与釜腔相连通的管F181，管F181上设有第四阀门18。数据采集仪104分别与温度传感器101、pH传感器102连接。

如图1所示，监测釜1由筒体12和密封盖11组成，密封盖11为监测釜1 的顶盖，筒体12的筒底为监测釜1的釜底板，密封盖11与筒体12通过螺栓10 密封连接，筒体12的筒腔为监测釜1的釜腔。真空压力表105、温度传感器101、 pH传感器102分别密封贯穿安装于密封盖11上。管G191、管F181分别贯穿安装于密封盖11上。

监测釜1的筒体12由耐高压材料制造，筒体12上设有透视窗，透视窗上标有度刻度线。监测釜1的釜底板内侧对应pH探头103开有探头穿行孔，pH传感器102底端的pH探头103穿过探头穿行孔置于测量空腔15中。如图1、图2 所示，升降装置36包括绕线动力机构和定滑轮，定滑轮安装于屋顶或支架顶部 (可以设置一个安装定滑轮的支架)，绕线动力机构中绕制有线绳，线绳绕过定滑轮与升降釜30顶部连接固定，绕线动力机构用于实现对线绳进行收线或放线操作，进而实现通过线绳对升降釜30进行升降控制操作。

本实用新型用于CO₂水溶液饱和溶解监测，其使用方法如下：

A1、首先，监测釜1与高压溶气饱和仪先不连接，对高压溶气饱和仪进行如下处理：打开第八阀门33、第九阀门34、第十阀门16，通过管B341向升降釜30中通入除气水，让升降釜30中的水面升至升降釜30高度的四分之三处，关闭第九阀门34停止进水；

A2、调节升降釜30的高度比固定釜35的高度高30～50cm，如图1所示，将监测釜1的管C171与高压溶气饱和仪的管B341对应连接，监测釜1的管D141 与高压溶气饱和仪的管A331对应连接，打开第九阀门34、第三阀门17、第二阀门14、第八阀门33，在升降釜30与固定釜35之间的水压差下，使升降釜30 中的除气水缓慢地依次流过管B341、管C171、测量空腔15、管D141、管A331，流进固定釜35中；通过pH传感器102的pH探头103监测测量空腔15内除气水在恒温、大气压力下的pH值，通过数据采集仪104读取pH传感器102的读数作为pH值的初始值；

A3、打开高纯CO₂气罐32，通过高纯CO₂气罐32上的减压阀调节到恒压900kPa (本实施例也可以选择其他压强值，比如800kPa，700kPa，600kPa等，仅是为了描述方便而举例选择900kPa)并向高压溶气饱和仪3的升降釜30和固定釜35中注入CO₂气体，开始计时，此时CO₂气体在常温与900kPa(本实施例也可以对应选择其他压强值，比如前述所列举的800kPa，700kPa，600kPa等) 压强下缓慢溶解于除气水中，最终得到在900kPa(本实施例也可以对应选择其他压强值，比如前述所列举的800kPa，700kPa，600kPa等)压力下CO₂溶气饱和水溶液，CO₂溶气饱和水溶液是指CO₂气体溶解于水溶液，直至达到饱和的平衡状态；

A4、通过数据采集仪104连续采集pH传感器102的数据，得到在常温恒压 900kPa(本实施例也可以对应选择其他压强值，比如前述所列举的800kPa，700 kPa，600kPa等)下水溶液pH值随时间变化的关系图，直到pH传感器102读数达到稳定，则判定CO₂气体在900kPa(本实施例也可以对应选择其他压强值，比如前述所列举的800kPa，700kPa，600kPa等)压力下达到CO₂气体溶解平衡；这样就可以制得常温恒压900kPa(本实施例也可以对应选择其他压强值，比如前述所列举的800kPa，700kPa，600kPa等)下CO₂溶气饱和水溶液。

本实用新型用于CO₂水溶液脱溶平衡监测与判定，其使用方法如下：

B1、首先，监测釜1与高压溶气饱和仪先不连接，打开第四阀门18、第三阀门17、第五阀门19、第一阀门13；设置气压控制器106的体积为0，排出气压控制器106内部的空气。然后，将监测釜1上的管F181与高纯CO₂气罐32的气管321连通，通过高纯CO₂气罐32上的减压阀调节压力为F1,F1≤10kPa，并向监测釜1内充入CO₂气体；待CO₂气体充填并替换管F181、监测釜1、管E131 内部的空气后，关闭第一阀门13；通过高纯CO₂气罐32上的减压阀调节压力为F2向监测釜1内施加压力，F2﹥900kPa(本实施例也可以对应选择其他压强值，比如前述所列举的800kPa，700kPa，600kPa等)，直至真空压力表105的读数达到该压力值F2；关闭高纯CO₂气罐321上的减压阀、第四阀门18，然后设置气压控制器106的压力为900kPa(本实施例也可以对应选择其他压强值，比如前述所列举的800kPa，700kPa，600kPa等)，气压控制器106内部也储存有压力为900kPa的CO₂气体，进而实现将监测釜1内的压力精调至900kPa(本实施例也可以对应选择其他压强值，比如前述所列举的800kPa，700kPa，600kPa 等)，此时真空压力表105读数为900kPa(本实施例也可以对应选择其他压强值，比如前述所列举的800kPa，700kPa，600kPa等)；气压控制器106内部、监测釜1的釜腔均填充有压力为900kPa(本实施例也可以对应选择其他压强值，比如前述所列举的800kPa，700kPa，600kPa等)的CO₂气体(本实施例也可以选择其他压强值，仅是为了描述方便而举例选择900kPa，本实施例也可以对应选择其他压强值，比如前述所列举的800kPa，700kPa，600kPa等)。关闭第四阀门18、第一阀门13、第二阀门14、第三阀门17并实现封闭CO₂气体。

B2、将监测釜1上的管E131与监测釜1上的管D141连接，将高压溶气饱和仪的管B341与监测釜1上的管C171连接，调节升降釜30的高度高于监测釜约30cm～50cm，关闭第八阀门33，打开第九阀门34、第一阀门13、第二阀门 14、第三阀门17；让升降釜30内制备好的CO₂溶气饱和水溶液缓慢流向监测釜 1内；通过数据采集仪104读取pH传感器102的读数作为pH值的初始值；

B3、通过气压控制器106将监测釜1内的压力从900kPa(本实施例也可以对应选择其他压强值，比如前述所列举的800kPa，700kPa，600kPa等)卸荷至Y kPa，Y＜900(本实施例也可以对应选择其他压强值，比如前述所列举的800kPa，700kPa，600kPa等)，卸荷量为AkPa(本实施例优选卸荷量A＝100，本实施例的Y举例为500)；在卸荷过程中，由数据采集仪104进行监测记录(比如温度传感器101测量温度值，真空压力表105测量气压值)：通过pH传感器 102的pH探头103监测测量空腔15内CO₂溶气饱和水溶液的pH值，并记录变化及时间，直到pH传感器102读数达到稳定，得到压力从900kPa(本实施例也可以对应选择其他压强值，比如前述所列举的800kPa，700kPa，600kPa等)卸荷至500kPa(本实施例也可以对应选择其他压强值，比如前述所列举的800kPa， 700kPa，600kPa等)下CO₂溶气饱和水溶液的pH值随时间变化的关系图(气压控制器106每卸载一次，观察pH传感器102，当pH传感器102稳定时，则会在该卸载后的压力环境下得到CO₂气体脱溶已达到平衡的CO₂溶气饱和水溶液)，直到pH传感器102读数达到稳定时，则判定出在500kPa(本实施例也可以选择其他压强值，比如前述所列举的800kPa，700kPa，600kPa等)压强下CO₂气体脱溶已达到平衡。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种CO₂水溶液饱和溶解及脱溶平衡监测系统，其特征在于：包括监测釜（1）、高压溶气饱和仪和气压控制器（106），所述监测釜（1）底部为釜底板，所述釜底板中具有测量空腔（15），所述测量空腔（15）一端连通设有管C（171），所述测量空腔（15）另一端连通设有管D（141）；所述监测釜（1）顶部为顶盖，所述监测釜（1）的顶盖上密封安装有pH传感器（102），所述pH传感器（102）底端具有pH探头（103），所述pH传感器（102）底端的pH探头（103）置于测量空腔（15）中；所述监测釜（1）的顶盖上密封安装有真空压力表（105）和温度传感器（101），所述真空压力表（105）的探测端、温度传感器（101）的探测端均置于监测釜（1）的釜腔中；所述监测釜（1）的釜底板设有与釜腔相连通的管E（131），所述气压控制器（106）通过管G（191）与监测釜（1）顶部连通；所述高压溶气饱和仪包括升降釜（30）、固定釜（35）、高纯CO₂气罐（32）和升降装置（36），所述升降釜（30）下部连通设有管B（341），所述固定釜（35）下部连通设有管A（331），所述升降釜（30）顶部、固定釜（35）顶部通过气管（321）与高纯CO₂气罐（32）相连通。

2.按照权利要求1所述的一种CO₂水溶液饱和溶解及脱溶平衡监测系统，其特征在于：所述管C（171）上设有第三阀门（17），所述管D（141）上设有第二阀门（14），所述管E（131）上设有第一阀门（13）；所述管B（341）上设有第九阀门（34），所述管A（331）上设有第八阀门（33），所述气管（321）上设有第十阀门（16）。

3.按照权利要求2所述的一种CO₂水溶液饱和溶解及脱溶平衡监测系统，其特征在于：所述管G（191）上设有第五阀门（19），所述监测釜（1）的顶盖设有与釜腔相连通的管F（181），所述管F（181）上设有第四阀门（18）。

4.按照权利要求3所述的一种CO₂水溶液饱和溶解及脱溶平衡监测系统，其特征在于：还包括数据采集仪（104），所述数据采集仪（104）分别与温度传感器（101）、pH传感器（102）连接。

5.按照权利要求4所述的一种CO₂水溶液饱和溶解及脱溶平衡监测系统，其特征在于：所述监测釜（1）由筒体（12）和密封盖（11）组成，密封盖（11）为所述监测釜（1）的顶盖，筒体（12）的筒底为监测釜（1）的釜底板，所述密封盖（11）与筒体（12）通过螺栓（10）密封连接，所述筒体（12）的筒腔为监测釜（1）的釜腔。

6.按照权利要求5所述的一种CO₂水溶液饱和溶解及脱溶平衡监测系统，其特征在于：所述真空压力表（105）、温度传感器（101）、pH传感器（102）分别密封贯穿安装于密封盖（11）上；所述管G（191）、管F（181）分别贯穿安装于密封盖（11）上。

7.按照权利要求1所述的一种CO₂水溶液饱和溶解及脱溶平衡监测系统，其特征在于：所述监测釜（1）的釜底板内侧对应pH探头（103）开有探头穿行孔，所述pH传感器（102）底端的pH探头（103）穿过探头穿行孔置于测量空腔（15）中。

8.按照权利要求1或7所述的一种CO₂水溶液饱和溶解及脱溶平衡监测系统，其特征在于：所述监测釜（1）的釜底板一侧具有与测量空腔（15）相连通的第一孔道，所述监测釜（1）的釜底板另一侧具有与测量空腔（15）相连通的第二孔道，所述第一孔道与管C（171）密闭连通，所述第二孔道与管D（141）密闭连通。

9.按照权利要求1所述的一种CO₂水溶液饱和溶解及脱溶平衡监测系统，其特征在于：所述监测釜（1）的筒体（12）由耐高压材料制造，所述筒体（12）上设有透视窗，透视窗上标有度刻度线。

10.按照权利要求1所述的一种CO₂水溶液饱和溶解及脱溶平衡监测系统，其特征在于：所述测量空腔（15）位于监测釜（1）的釜底板中部位置；所述升降装置（36）包括绕线动力机构和定滑轮，所述绕线动力机构中绕制有线绳，线绳绕过定滑轮与升降釜（30）顶部连接固定。