[发明专利]一种测量气体在液体中溶解度的变体积定压装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于流体热物理性质测量技术领域，涉及一种适用于测量气体纯质及混合物在液体中溶解度的装置及方法。

背景技术

存在气液接触的工业过程几乎都涉及到气体在液体中的溶解。气体在液体中的溶解度是这些工业过程设计时必需的基础数据。气体在液体中溶解度的测量方法主要有重力天平法、石英晶体微天平法、称重法、气相色谱法、泡点法、等体积饱和法等。

在众多的测量方法中，等体积饱和法由于操作简单、精度较高、产出效率高等优点而被广泛应用。然而，由于设计上的不足，等体积饱和法很难测量指定压力下气体的溶解度，复现较难。另外，对气体进行采样时，会引起压力波动，破坏原有的溶解平衡，造成混合气体成分的变化，使多次测量结果不一致，因此不适用于混合气体在液体中溶解度的测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量气体在液体中溶解度的变体积定压装置及方法，解决等体积饱和法所存在的问题，为获取能源化工领域所需求的气体溶解度数据提供技术支持。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种测量气体在液体中溶解度的变体积定压装置，该装置包括气体腔、平衡腔、恒温槽以及控压气瓶，所述气体腔以及平衡腔设置于恒温槽内，平衡腔内设置有活塞，活塞将平衡腔分隔为位于活塞以上的溶气子腔室以及位于活塞以下的高压子腔室两部分，控压气瓶的体积大于平衡腔的体积，控压气瓶通过带有减压阀以及压力传感器的管路与所述高压子腔室相连，平衡腔上设置有用于观测活塞位置变化的可视窗、与所述溶气子腔室相连通的进样阀以及用于检测所述溶气子腔室内温度的温度传感器，气体腔通过所述进样阀与平衡腔相连，气体腔上设置有用于检测气体腔内温度和压力的传感器。

所述活塞的上表面平行于平衡腔底部，便于标定。

所述恒温槽上设置有磁搅拌器，所述平衡腔的溶气子腔室内设置有由磁搅拌器驱动的磁转子。

所述装置还包括第一阀门、第二阀门、第三阀门、第五阀门、真空泵以及气体样品瓶，第三阀门与气体腔相连，第一阀门设置于真空泵与第三阀门的连接管路上，第二阀门设置于气体样品瓶与第三阀门的连接管路上，第五阀门的一端与平衡腔的高压子腔室相连通。

所述装置还包括气相色谱仪、第四阀门以及与平衡腔的溶气子腔室相连通的取样阀，气相色谱仪通过第四阀门与气体腔相连，气相色谱仪通过所述取样阀与平衡腔相连。

所述装置还包括数据采集系统，所述温度传感器、压力传感器以及用于检测气体腔内温度和压力的传感器分别与数据采集系统相连。

一种利用上述装置测量气体在液体中溶解度的方法，包括以下步骤：

1)将体积为V_l、摩尔量为n_l的液体加入平衡腔的溶气子腔室内，然后对气体腔、平衡腔的溶气子腔室、高压子腔室以及气体腔与平衡腔的连接管路抽真空；

2)经过步骤1)后，将一定体积的目标气体充入并封闭于气体腔内，然后检测气体腔内的温度和压力；

3)将气体腔内的部分目标气体充入并封闭于平衡腔的溶气子腔室内，然后检测气体腔内的温度和压力；

4)经过步骤3)后，通过调节恒温槽的温度值使平衡腔内温度达到目标温度，然后，通过减压阀控制平衡腔的高压子腔室内压力达到目标压力，并保证目标压力要小于控压气瓶中气体的压力，待活塞不再移动时检测平衡腔的溶气子腔室内的温度和压力，并通过所述可视窗测量活塞的高度，根据该活塞的高度得到平衡腔的溶气子腔室内液体与未溶解的目标气体的总体积V_E；当活塞不再移动时，平衡腔的溶气子腔室内的压力等于所述压力传感器测量的压力；

5)计算溶解度

根据步骤2)以及步骤3)检测的气体腔内的温度和压力以及气体腔的体积计算从气体腔充入平衡腔的溶气子腔室的气体的摩尔量Δn；根据步骤4)检测的平衡腔的溶气子腔室内的温度和压力以及平衡腔的溶气子腔室内未溶解的目标气体的体积V_g＝V_E-V_l，计算所述未溶解的目标气体的摩尔量n_g，根据Δn和n_g计算溶解到液体中的目标气体的摩尔量为根据和n_l计算目标温度和压力下目标气体溶解到液体中的摩尔分数x。

所述步骤4)中，利用设置于平衡腔的溶气子腔室内的磁转子对液体进行搅拌，直至活塞不再移动。