[实用新型]一种基于容量法测定气液化学反应速率的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于化学反应工程领域，涉及一种基于容量法测定气液化学反应速率的装置，适于测定气体与液体发生化学反应时的速率常数，并获得相应的速率方程。

背景技术

气液反应是化学反应工程中典型的过程控制环节，在工业、医疗、教学、科研等领域发挥着重要的作用。如，发电厂或窑炉尾气中采用湿法脱除SO₂、合成氨工业中用铜氨溶液吸收CO、工业沼气中采用碱性溶液吸收CO₂、铜洗气中采用NaOH溶液吸收残余CO₂、化学分析中采用铜氨溶液标定氧浓度、医用氧中采用银氨溶液检测微量CO等。反应速率的快慢决定了原料的投放能力、产品的输出能力以及反应容器的大小，直接影响企业的一次性投资与运行维护成本，高效的反应条件对于降低能耗、提高效率和增加利润具有重要的意义，因此，测定化学反应的速率及获得相应速率方程是解决上述问题的关键。

通常，气液反应中液体的浓度采用滴定法、色谱法或pH值法等进行人工测定，数据获取滞后，无法得到化学反应速率的瞬时值，影响了数据的测量精准度；而气体是一种可压缩介质，无论作为反应物还是生成物，其体积或压强都会随反应的进行发生瞬时变化，对化学反应过程进行紧密跟踪，反映出了化学反应的实时状况。此外，对于高温高压反应条件，取液分析过程更加困难，在常温常压下测量液体性质无法反映高温高压状态时的具体情况，而此时气体性质的变化更加灵敏，测量气体的物性参数扩大了化学反应速率的测量范围。

目前，测定化学反应速率的报道多见于教学实验，如，“测量锌与硫酸反应速率实验装置的改进”一文(实验教学与仪器，2010，（9）：30)采用注射器计量气体的体积“‘不同催化剂对过氧化氢分解反应速率影响’实验装置设计与探究”一文(沧州师范专科学校学报，2008，24（3）：42)采用皂泡流量计测定产生气体的体积；“盐酸和醋酸反应速率对比及电离平衡移动实验装置”一文(教学仪器与实验，2004，（4）：31-32)采用量筒测定产生气体的体积。这些方法属于恒压法，通过测量气体体积变化计算化学反应速率，其不足之处较为明显。首先，注射器、皂泡流量计或量筒等无法实现对体积的自动测量，必须人为操作和读取示数，增加了示值误差和主观性；其次，气体测量过程中，由于容器内残留气体、摩擦阻力或皂泡破灭造成的误差难以消除；再次，这类实验均采用玻璃容器，无法适用于高压或高温反应条件；最后，对于复杂条件反应速率测量过程，由于无法实现自动化，增加了劳动成本，难以提高效率。

发明内容

本实用新型的目的在于开发一种基于容量法测定气液化学反应速率的装置，通过恒容变压方式在保证气体体积不变条件下通过高精度压力传感器能够对气体压强进行实时动态测量，避免了传统恒压法测量体积无法实现自动化，增加了劳动成本，难以提高效率的弊端，具有实时性和可靠性。

一种基于容量法测定气液化学反应速率的装置，是利用恒容法采用缓冲容器分步计量进气或分步计量出气的方式对反应物或生成物进行控制，通过监测化学反应中气体压强的变化适时计算反应物的消耗或生成物的产出速率，从而计算出化学反应过程的速率常数及速率方程。该装置由气源系统、真空系统、气体计量系统、气液反应系统、加热系统、搅拌系统、冷却系统和数据采集系统八部分组成。

其中所述气源系统由待测气源气瓶、减压阀、气源电磁阀和气源连接法兰组成。待测气源气瓶用于盛放参加化学反应的气体，由于气瓶压力较高，需要经过减压阀将压力减至化学反应操作所需压力，减压阀通过高压密封螺纹与待测气源气瓶相连。气源电磁阀由程序控制打开或关闭，用于控制经过减压的待测气源进入计量腔，气源电磁阀通过管路与减压阀和气源连接法兰相连，气源连接法兰用于连接气源系统和计量腔。

所述真空系统由真空连接法兰、真空电磁阀和真空泵组成。真空系统通过真空连接法兰与计量腔相接，用于对计量腔抽真空，排除残余气体的影响。真空泵、真空电磁阀和真空连接法兰通过管路相连，真空电磁阀由程序控制打开或关闭。

所述气体计量系统由计量腔、计量腔热电偶套管、计量腔热电偶、均压连接法兰、计量腔测压连接法兰和计量腔压力传感器组成。计量腔热电偶置于计量腔热电偶套管内，计量腔热电偶套管伸入计量腔内，通过焊接工艺与计量腔连接在一起，计量腔热电偶用于测定计量腔内气体的温度。计量腔压力传感器通过计量腔测压连接法兰与计量腔相连，用于测定计量腔内气体的压力。计量腔通过均压连接法兰与均压电磁阀相连。