專利名稱：一種攪拌裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種攪拌裝置，尤其是一種應(yīng)用在等壓法測量溶劑活度或溶質(zhì)溶解度的實驗裝置中的攪拌裝置；屬于機械制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
在溶液混合過程中，為使不同的液體或液體與固體能充分混合，需要進行攪拌，不同的攪拌方式使其混合充分的時間不同。目前，在利用等壓法測定溶劑活度或溶質(zhì)溶解度時，其瓶頸問題是由于缺乏充分?jǐn)嚢?，平衡時間(實驗時間)過長。
等壓法是最經(jīng)典的用于測定溶劑活度或溶質(zhì)溶解度的方法。其測定溶劑活度的原理是由相同溶劑組成的溶液在密封的等壓器中通過同一氣相進行等壓平衡，在等壓平衡過程中，溶劑通過氣相從活度高的溶液向活度低的溶液“轉(zhuǎn)移”。等壓平衡時，各平衡溶液溶劑活度相等。由于各溶液初始濃度已知，且平衡過程中只有溶劑質(zhì)量改變，因此通過平衡前后兩次稱量，即可確定各溶液的平衡濃度。如果選擇溶劑活度隨濃度變化精確已知的溶液(即參考溶液)同時參與平衡，則參考溶液的平衡濃度和溶劑活度(也即其余參與等壓平衡溶液的溶劑活度)可通過平衡前后兩次稱量確定。
用等壓法測定溶解度的原理是用待測溶質(zhì)配制不飽和溶液，然后用不同樣品杯盛放并置于等壓器中，向其中一個樣品杯中加入過量溶質(zhì)使之形成過飽和溶液。密封等壓器并使其等壓平衡。由于不飽和溶液中的溶劑活度高，所以其通過氣相向過飽和溶液中“轉(zhuǎn)移”，過飽和溶液吸收溶劑，溶解部分溶質(zhì)并始終維持過飽和狀態(tài)。當(dāng)不飽和溶液達到飽和時，兩樣品杯中溶液的溶劑活度相等，“轉(zhuǎn)移”過程結(jié)束。此時通過簡單稱量即可確定原來不飽和但現(xiàn)已飽和的樣品杯中溶液的濃度，即溶質(zhì)的溶解度。
等壓法是一種質(zhì)量稱量法，因此要求在這個實驗過程中樣品杯中的溶液不能濺到杯壁上，更不能濺灑出來。其最大的優(yōu)點是簡單易行、準(zhǔn)確可靠。但其仍然存在著一定的問題由于缺乏充分?jǐn)嚢?，平衡時間(實驗周期)過長。
目前的等壓實驗中，為了使樣品杯中的溶液充分混合均勻，所用的等壓法實驗裝置中的攪拌方式主要有以下三種形式 I.攪拌機構(gòu)使等壓器在同一水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，為了防止因旋轉(zhuǎn)過快而使樣品杯中溶液濺出，等壓器的旋轉(zhuǎn)速度很慢，通常約為10轉(zhuǎn)/分鐘，而且沒有坡度。因此，樣品杯中的攪拌玻璃球滾動很小，對溶液的攪拌效果很差。
II.攪拌機構(gòu)在水平方向前后推動等壓器，由于控溫精度高的水浴開口很小，因此限制了前后推動的幅度，樣品杯中的攪拌玻璃球滾動程度小，裝置攪拌效果差。
III.采用加大直徑的樣品杯，進而擴大氣液接觸面來加快平衡。增大樣品杯的直徑只是依賴于液體內(nèi)部與液面之間的濃度差推動物質(zhì)交換達到相平衡，而且由于樣品杯直徑容許增大的幅度有限，該法的效果有限。
以上所述的攪拌裝置的最大缺點是缺乏有效攪拌機構(gòu)，從而使實驗周期過長，其結(jié)果之一是導(dǎo)致實驗進度緩慢，平衡時間較長；其二是當(dāng)待研究對象(有機物等)在溶液中長時間放置易變質(zhì)時無法利用等壓法。特別是當(dāng)需要利用等壓法測定溶解度時，由于相平衡過程中同時存在氣-液和固-液平衡，而部分樣品的杯底部需要有固體溶質(zhì)存在，用以上所述的攪拌機構(gòu)攪拌，攪拌玻璃球的滾動更難，更不利于加速平衡過程。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種攪拌裝置，通過該裝置中的攪拌部件，使等壓器中的待測溶液充分混合，加快實驗進度，縮短平衡時間，提高實驗效率，使一些長時間放置易變質(zhì)的有機物也可以用等壓法測定其溶液的溶劑活度和它們在溶劑中的溶解度。
本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的 一種攪拌裝置，包括等壓器、恒溫水浴箱、用于懸置等壓器的固定支架和攪拌部件，其中，等壓器器壁的外部設(shè)有第一、第二、第三連接件，所述第一、第二連接件與固定支架連接，使等壓器懸置在恒溫水浴箱中，并可以以第一、第二連接件所確定的直線為軸在垂直面內(nèi)轉(zhuǎn)動；所述攪拌部件包括電機、曲軸和電機支架，電機固定在電機支架上，電機的輸出軸與曲軸的主動桿連接，曲軸的從動桿與固定在等壓器上的第三連接件連接；電機旋轉(zhuǎn)時帶動曲軸的從動桿作上下直線運動，曲軸的從動桿通過第三連接件帶動等壓器，使等壓器以第一、第二連接件所確定的直線為軸在垂直面內(nèi)轉(zhuǎn)動，并使等壓器的底部及其內(nèi)部設(shè)置的樣品杯的底部形成方向不斷變化的斜坡，進而使樣品杯中的攪拌球得以隨斜坡改變而循環(huán)往復(fù)滾動，從而充分?jǐn)嚢铇悠繁腥芤骸?br> 在以上的技術(shù)方案中，所述的等壓器可以是普通的等壓器，也可以是專用的等壓器，為了使其內(nèi)部的溶液能夠混合均勻，采用的攪拌部件將等壓器及其內(nèi)部的樣品杯的底部由傳統(tǒng)的水平的旋轉(zhuǎn)運動改變?yōu)橐砸凰骄€為軸在垂直面內(nèi)的上下轉(zhuǎn)動由于該等壓器通過支架懸空，當(dāng)攪拌部件帶動曲軸的從動桿做上下直線運動時，等壓器以與支架的固定點所在的直線為軸，在垂直面內(nèi)轉(zhuǎn)動。這樣，等壓器的底部及其內(nèi)部設(shè)置的樣品杯的底部形成方向不斷變化的斜坡，進而使樣品杯中的玻璃球得以隨斜坡改變而循環(huán)往復(fù)滾動、攪拌并使等壓器內(nèi)樣品杯的溶液得以充分混合。
其中，等壓器向上或向下偏離水平面的角度(對應(yīng)于其中樣品杯底部向上或向下傾斜的坡度)可通過調(diào)節(jié)電機的輸出軸與主動桿之間的連接點到軸的距離確定，雖然該距離可調(diào)，但為了不使樣品杯中的溶液傾灑出來，該距離不宜過大，其適宜的距離以使等壓器向上或向下偏離水平面的最大角度不大于45度，即該距離不大于5厘米。
在本發(fā)明中，等壓器是通過其上蓋上設(shè)置的第三連接件與恒溫水浴箱內(nèi)的固定支架連接的，這樣，等壓器懸置在恒溫水浴箱內(nèi)，為使其懸置穩(wěn)定，第一、第二連接件所在的弦為直徑，且與第三連接件所在的直徑垂直。
為了使等壓器轉(zhuǎn)動的范圍盡可能的大，則使所述的第三連接件固定在等壓器上蓋的邊緣。
為了減小平衡過程結(jié)束后，拿出樣品杯時溶液的揮發(fā)，在等壓器內(nèi)部設(shè)置一活塞式蓋體，在平程過程中，提起該蓋體，使之與樣品杯分離，平衡過程結(jié)束后，放在該蓋體，使之蓋在樣品杯口上。
由于攪拌機構(gòu)與恒溫水浴箱分離設(shè)置，且等壓器懸置在恒溫水浴箱內(nèi)，所以，為了帶動曲軸運動，電機的輸出軸為一長軸，為了使電機輸出軸在承受外力(等壓器的重量)的情況下仍能夠始終在同一水平線上做360度的旋轉(zhuǎn)，在電機輸出長軸的中間設(shè)置一軸承，該軸承固定在電機機架上，用于支撐電機輸出軸。
綜上所述，本發(fā)明可成倍縮短等壓實驗的平衡時間，不但加快了實驗進度，提高了實驗效率，同時還可使等壓法很好地應(yīng)用于此前不能適用的易變質(zhì)的有機物體系，因此，很好地解決了目前應(yīng)用等壓法測量溶劑活度或溶質(zhì)溶解度所面臨的瓶頸問題。



圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明中等壓器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明等壓器上蓋中的連接件的位置示意圖； 圖4為本發(fā)明曲軸的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明在平衡過程中曲軸的主動桿向上垂直電機輸出軸時等壓器的狀態(tài)圖； 圖6為本發(fā)明在平衡過程中曲軸的主動桿與電機輸出軸位于同一水平位置時等壓器的狀態(tài)圖； 圖7為本發(fā)明在平衡過程中曲軸的主動桿向下垂直電機輸出軸時等壓器的狀態(tài)圖。

具體實施例方式 以下結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細(xì)的說明 參見圖1，為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，包括等壓器1、攪拌部件2、固定支架3和恒溫水浴箱4，其中，攪拌部件2和恒溫水浴箱4分離設(shè)置，攪拌部件2由電機21、曲軸22和電機機架23構(gòu)成，為了使電機的輸出軸211能夠承受等壓器4，在輸出軸211的末端與電機輸出端之間設(shè)置一固定軸承24，電機21、固定軸承24設(shè)置在電機支架23上，電機支架23與恒溫水浴箱4的高度相同。電機的輸出軸211末端與曲軸22的主動桿221連接，主動桿221通過軸223與從動桿222連接，從動桿222的末端與等壓器1上蓋的連接件連接。等壓器1的上蓋設(shè)有第一、第二連接件，通過這兩個連接件與恒溫水浴箱4內(nèi)的固定支架3連接固定，使等壓器1懸置在恒溫水浴箱4內(nèi)。
圖1所示的等壓器1的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中等壓器1的結(jié)構(gòu)與目前通用的等壓器結(jié)構(gòu)相同。在圓形的殼體11上蓋設(shè)有上蓋12，上蓋12與殼體11通過真空墊圈(圖中未示出)和螺栓13實現(xiàn)密封，在上蓋12上設(shè)有用于抽真空的真空閥14，和用于上下提壓鋁蓋16的橡膠密封套15，在圓形殼體11圍設(shè)成的空腔內(nèi)設(shè)有與空腔內(nèi)壁緊密配合的鋁蓋16，該鋁蓋16上連接有套設(shè)在橡膠密封套15內(nèi)部的提柄17，殼體11的底部較厚，在其上設(shè)有14個與樣品杯6形狀相同的槽111，用于固定樣品杯6，使樣品杯6在等壓器1上下偏離水平面的過程中不會傾倒。
在等壓器1的上蓋12上設(shè)有三個連接件，上蓋12上的連接件的位置示意圖如圖3所示，第一連接件121和第二連接件122固定在上蓋上，分別與恒溫水浴箱4中的固定支架3固定連接，為了使等壓器1能夠穩(wěn)定的懸置在恒溫水浴箱4內(nèi)，連接件121和122固定在同一直徑的兩端，第三連接件123所在直徑與121和122所在的直徑垂直，第三連接件123與曲軸22的從動軸222末端連接。
其中，所述的連接件的結(jié)構(gòu)可以有多種，最簡單的一種為焊接在上蓋上的圓環(huán)，固定支架為兩個末端帶有掛鉤的桿，該桿一端固定在恒溫水浴箱4頂部，另一端通過掛鉤鉤在上蓋的圓環(huán)上，同理，從動桿與等壓器1的連接方式也是這樣。
圖1中曲軸的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，主動桿221與從動桿222通過軸223連接，形成一曲軸2，主動桿221與電機軸211固定連接，從動桿222的末端與等壓器1上蓋12上的第三連接件123連接。
當(dāng)電機21旋轉(zhuǎn)時，其輸出軸211帶動曲軸22的主動桿221在垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，主動桿221通過軸223與從動桿222連接，則從動桿222做上下直線運動。
為了使等壓器向上或向下偏離水平面的最大角度不大于45度，可通過調(diào)節(jié)電機的輸出軸211與主動桿221之間的連接點到軸223的距離確定，雖然該距離可調(diào)，但為了不使樣品杯6中的溶液傾灑出來，該距離不宜過大，一般不大于5厘米。
例如主動桿221向上垂直電機輸出軸時，等壓器1的狀態(tài)如圖5所示，等壓器1底部的左部分向水平面上方抬起，則其內(nèi)部樣品杯6中的攪拌玻璃球7向右運動；當(dāng)主動桿221繼續(xù)轉(zhuǎn)動，當(dāng)主動桿221在水平面內(nèi)平行于電機輸出軸時，等壓器1的狀態(tài)如圖6所示，等壓器1底部與水平面平行，則其內(nèi)部樣品杯6中的攪拌玻璃球7從杯右側(cè)回到中間；當(dāng)主動桿221繼續(xù)轉(zhuǎn)動，當(dāng)主動桿向下垂直電機輸出軸時，等壓器1的狀態(tài)如圖7所示，等壓器1底部的右部分向水平面上方抬起，則其內(nèi)部樣品杯6中的攪拌玻璃球7向左運動。當(dāng)主動桿221繼續(xù)轉(zhuǎn)動，又轉(zhuǎn)動到在水平面內(nèi)平行于電機輸出軸時，等壓器1的狀態(tài)如圖6所示，當(dāng)主動桿221繼續(xù)轉(zhuǎn)動，回到向上垂直電機輸出軸，等壓器4的狀態(tài)如圖5所示。則主動桿221的轉(zhuǎn)動完成一個周期，等壓器1底部左部分的運動狀態(tài)為在水平面上方、與水平面平行、在水平面下方、與水平面平行、在水平面上方。等壓器1底部右部分的運動狀態(tài)為在水平面下方、與水平面平行、在水平面上方、與水平面平行、在水平面下方。隨著電機軸帶動主動桿連續(xù)旋轉(zhuǎn)，等壓器1底部運動狀態(tài)不斷重復(fù)上述的狀態(tài)變化，等壓器1底部樣品杯6中的攪拌玻璃球7也不斷在往復(fù)運動，充分?jǐn)嚢铇悠繁械娜芤?，使其充分混合，加快實驗進程，提高了實驗效率。
另外，為減少揮發(fā)損失，在等壓器1內(nèi)設(shè)有一個可以自由升降的鋁蓋16，鋁蓋16與空腔內(nèi)壁緊密配合。平衡開始前提起鋁蓋，達到熱力學(xué)平衡后，在打開等壓器1前放下鋁蓋16，蓋住等壓器1內(nèi)部樣品杯6。等壓器1內(nèi)部一次可容置14個樣品杯6。每個樣品杯6又單獨配蓋，蓋上刻有標(biāo)號。每次實驗平衡時打開等壓器后，立即移走鋁蓋16，給每個樣品杯6加蓋，以減小稱量過程中的揮發(fā)損失。
測定二元系水活度時，應(yīng)用本發(fā)明所述的攪拌裝置、水平旋轉(zhuǎn)式攪拌裝置，樣品杯直徑增大2倍式攪拌裝置、水平前后推動式攪拌裝置進行攪拌，其實驗結(jié)果如下表1所示 表1平衡時間(天)a 體系起始濃度平衡濃度參考物濃度IIIIIIIV NaCl-H2O 0.8012 0.8165 0.81653867 NH4Cl-H2O 2.2760 2.2716 2.10283867 葡萄糖-H2O 1.5291 1.5316 0.856938b7b7b蔗糖-H2O 1.8764 1.8902 1.181038b7b7b 其中，I.采用本發(fā)明所述的攪拌裝置；II.水平旋轉(zhuǎn)式攪拌裝置；III.樣品杯直徑增大2倍攪拌裝置；IV.水平前后推動式攪拌裝置。b平衡時樣品杯中觀察到塊狀霉物。
由此可見，本發(fā)明極大地縮短了平衡時間，并可成功應(yīng)用于原本不能適用的易變質(zhì)有機物體系，如葡萄糖-H2O和蔗糖-H2O。
三元系中甘露醇溶解度的測定 表2為298.15K時測定典型三元系水活度和溶解度平衡時間，其中NaCl-H2O為參考溶液。
表2平衡濃度平衡時間(天)a體系 mA2(sat)bmB mRefc I II III IV甘露醇(A2)-NaCl(B)-H2O 1.2008 1.0615 1.6536 3 14 13 14甘露醇A2)-NH4Cl(B)-H2O 1.2380 1.0964 1.6467 3 14 13 14甘氨酸(A2)-蔗糖(B)-H2O 3.4962d 2.2680 2.7880 4 -e - -蔗糖(A2)-甘露醇(B)-H2O 5.9427d 0.5036 4.2712 4 -f - - 其中，I.采用本發(fā)明所述的攪拌裝置；II.采用水平旋轉(zhuǎn)式攪拌裝置；III.采用樣品杯直徑增大2倍方式攪拌裝置；IV.采用水平前后推動式攪拌裝置。b質(zhì)量摩爾濃度，單位mol/kg；c參考溶液的濃度；d本發(fā)明裝置測定值；e未達到熱力學(xué)平衡前甘氨酸已變質(zhì)，成為塊狀霉物浮于溶液表面；f未達到熱力學(xué)平衡前蔗糖已變質(zhì)，成為塊狀霉物浮于溶液表面。
從表1和表2中可知，采用本發(fā)明所述的攪拌方式使氣-液-固三相平衡所需的平衡時間比采用其它攪拌方式對簡單的氣-液平衡所需的平衡時間還短。特別是，采用本發(fā)明所述的攪拌裝置更適用于測定含易變質(zhì)的有機物體系(如甘氨酸(A2)-蔗糖(B)-H2O和蔗糖(A2)-甘露醇(B)-H2O)的氣-液-固三相平衡。
最后所應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種攪拌裝置，包括等壓器、恒溫水浴箱和用于懸置等壓器的固定支架，其特征在于還包括攪拌部件，其中，等壓器器壁的外部設(shè)有第一、第二、第三連接件，所述第一、第二連接件與固定支架連接，使等壓器懸置在恒溫水浴箱中，并可以以第一、第二連接件所確定的直線為軸在垂直面內(nèi)轉(zhuǎn)動；所述攪拌部件包括電機、曲軸和電機支架，電機固定在電機支架上，電機的輸出軸與曲軸的主動桿連接，曲軸的從動桿與固定在等壓器上蓋的第三連接件連接；電機旋轉(zhuǎn)時帶動曲軸的從動桿作上下直線運動，曲軸的從動桿通過第三連接件帶動等壓器，使等壓器以第一、第二連接件所確定的直線為軸在垂直面內(nèi)轉(zhuǎn)動，并使等壓器的底部及其內(nèi)部設(shè)置的樣品杯的底部形成方向不斷變化的斜坡，進而使樣品杯中的攪拌球得以隨斜坡改變而循環(huán)往復(fù)滾動，從而充分?jǐn)嚢铇悠繁腥芤骸?br> 2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌裝置，其特征在于所述曲軸的主動桿與從動桿通過軸連接，電機的輸出軸與主動桿的連接點到該軸的距離可調(diào)且不大于5厘米。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌裝置，其特征在于所述的第一、第二連接件所確定的直線為等壓器的對稱軸，且與第三連接件所在的等壓器的對稱軸垂直，使等壓器在轉(zhuǎn)動過程中運行平穩(wěn)。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌裝置，其特征在于所述的第三連接件固定在等壓器上蓋的邊緣。
5、根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的攪拌裝置，其特征在于所述等壓器內(nèi)部設(shè)置一活塞式蓋體，在平衡過程中，該蓋體提起，與樣品杯分離，平衡過程結(jié)束后，該蓋體放下，蓋在樣品杯口上。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌裝置，其特征在于所述的電機輸出軸為一長軸，通過固定在電機機架上的軸承，其末端與曲軸的主動桿連接。
全文摘要
一種攪拌裝置，包括等壓器、攪拌部件、恒溫水浴箱和固定支架，其中，攪拌部件與恒溫水浴箱分離設(shè)置，等壓器通過上蓋的第一、第二連接件與固定支架連接，使等壓器懸置在恒溫水浴箱內(nèi)，并可以以第一、第二連接件所在的弦為軸轉(zhuǎn)動；攪拌部件包括電機和曲軸，電機的輸出軸與曲軸的主動桿連接，曲軸的從動桿與固定在等壓器上蓋的第三連接件連接，電機旋轉(zhuǎn)時帶動曲軸的從動桿，進而帶動等壓器，使等壓器以第一、第二連接件所在的弦為軸在垂直面內(nèi)轉(zhuǎn)動，使樣品杯中的攪拌球起到充分?jǐn)嚢铇悠繁腥芤旱淖饔?。本發(fā)明極大地縮短了等壓實驗的平衡時間，加快了實驗進度，提高了實驗效率，同時還可使等壓法很好地應(yīng)用于含易變質(zhì)的有機物的溶液體系。
文檔編號B01F13/00GK1616143SQ200310103588
公開日2005年5月18日 申請日期2003年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月11日
發(fā)明者胡玉峰, 張國甫, 王海波 申請人:石油大學(xué)(北京)