[发明专利]一种在线显示料液浓度的含碘氢碘酸的容器

说明书

技术领域

本发明涉及化工设备领域，尤其涉及一种能够在线显示料液浓度的含碘氢碘酸(即碘化氢-碘-水三元溶液，HI-I₂-H₂O)的容器。

背景技术

含碘氢碘酸料液(即碘化氢-碘-水三元溶液，HI-I₂-H₂O)在化学实验室、热化学碘硫循环分解水制氢工艺，以及氢碘酸生产工艺中都会用到。以热化学碘硫循环分解水制氢工艺为例，碘硫循环制氢过程中，依靠Bunsen反应生成的氢碘酸，由于加入了过量的碘，形成了HI-I₂-H₂O物相。作为一种大规模制氢工艺，碘硫循环制氢过程中将有大量的含碘氢碘酸料液需要存放、处理。准确、及时获知所存储和处理的HI-I₂-H₂O中各组分的浓度，对相关工艺的研究，乃至对现场工艺流程的控制都非常重要。

对应常规的HI-I₂-H₂O容器，要想得到其中料液的浓度数据，必须取样分析，一般以滴定法进行化学分析。具体来说是将料液从容器中取出后，以酸碱滴定法来确定HI的浓度，而以硫代硫酸钠溶液滴定法，即碘量法来确定I₂的浓度，这样即可获HI-I₂-H₂O中具体料液组成。而含碘氢碘酸料液具有强烈的腐蚀性，在高温条件下腐蚀性更为强烈，且60℃以上条件下即会有碘蒸汽和HI蒸汽大量挥发，因此料液的转移较为困难，且料液的挥发会造成分析结果的错误。而对上述滴定法来说，虽然具有样品用量少等优点，但由于料液中I₂的存在，滴定法的准确度较难保证，这是因为电对I₂/I^-的标准电位既不高也不低，I₂可做为氧化剂而被中强的还原剂所还原，碘离子也可做为还原剂而被中强的或强的氧化剂所氧化，因此待测料液的酸碱度、空气中的氧等因素对滴定过程有较大的干扰，重复性较差，且滴定法需要对所用的滴定液进行预先配制、精确标定和合理保存，方能得到令人满意的结果，因此显得操作繁琐、过程耗时。由于以上原因，常规HI-I₂-H₂O容器很难满足快捷、实时、在线地获取其中料液的浓度信息。

由Gibbs相律可知，热力学平衡条件下，系统的组分数、相数和自由度数之间的关系：

F=C-P+2

式中：

F-自由度；

C-系统的组分数。

P-在所选系统中相的数目；

其中自由度F是当系统为平衡状态时，在不改变相的数目情况下，可独立改变的因素(独立变量，如温度、压力、密度等)的个数，而对于HI-I₂-H₂O这一三组分体系，在常压和给定温度下，

F=C（3种组分）-P（1相）+0（定温常压，此项值为0）=2

自由度F为2表明只要确定HI-I₂-H₂O体系的2个可独立改变的因素(即独立变量)，该体系的所有物化性质(理所当然包括其组成与浓度)即为确定值。因此，我们可选择较为容易采集的2个独立变量，通过它们来确定HI-I₂-H₂O样品的浓度数据。

HI-I₂-H₂O料液的密度值是较易测定的参数，有多种成熟的方法和仪器可对其进行实时、在线测定。而实验研究发现，HI-I₂-H₂O料液流经电解-电渗析(简称EED，下同)池，以直流电源施加恒定的电流强度时测得的槽电压值同样是一个易测量的，并反映HI-I₂-H₂O料液物化性质的独立变量。HI-I₂-H₂O的EED原理是：以选择性质子交换膜隔开电解池的阴极区和阳极区，构成电解-电渗析池，当阴、阳两极区都有HI-I₂-H₂O料液流过时，H⁺在电场作用下，穿过质子交换膜，由阳极区迁移进入阴极区，同时在两极板上发生如下电极反应：

阳极：2I^--2e→I₂

阴极：I₂+2e→2I^-