一種低臨界溫度液體混合過量焓的變溫補(bǔ)償量熱裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種熱量的測(cè)量裝置，具體設(shè)及一種低臨界溫度液體混合過程過量洽 的變溫補(bǔ)償量熱裝置。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003] 對(duì)于多元液相混合體系來說，過量洽是至關(guān)重要的熱力學(xué)性質(zhì)。在工業(yè)應(yīng)用方面， 過量洽(反應(yīng)熱）是化工工藝流程選擇、化工設(shè)備設(shè)計(jì)與化工生產(chǎn)控制的重要參數(shù)。在基礎(chǔ) 研究方面，過量洽參數(shù)表征了混合溶液偏離理想溶液的程度，反映了分子間相互作用力的 情況，是微觀分子結(jié)構(gòu)與特性研究不可或缺的宏觀物理量。
[0004]自從化robe提出量熱裝置的概念W來，量熱技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前， 適用于過量洽測(cè)量的量熱裝置主要有注入式量熱計(jì)、溫度滴定量熱計(jì)、熱導(dǎo)式量熱計(jì)和等 速流動(dòng)量熱計(jì)。從測(cè)量原理上又可W分為溫差型量熱計(jì)和補(bǔ)償型量熱計(jì)。其中，注入式量熱 計(jì)既可W是溫差型的也可W是補(bǔ)償型的，溫度滴定量熱計(jì)和等速流動(dòng)量熱計(jì)均為溫差型， 熱導(dǎo)式量熱計(jì)為補(bǔ)償型。
[0005] 上述量熱計(jì)均可W勝任常溫常壓條件下不揮發(fā)或揮發(fā)性很弱的液體的過量洽測(cè) 量。但是，當(dāng)混合體系中的一種組分的揮發(fā)性很強(qiáng)，或者該組分由于臨界溫度很低，而在常 溫常壓條件下不能W液體形式存在時(shí)，W上幾種量熱計(jì)的應(yīng)用將會(huì)受到很大的限制。
[0006] 注入式量熱計(jì)的測(cè)量原理是液態(tài)的被測(cè)溶液被置于特定的容器中并保持恒溫，然 后將另一種被測(cè)物質(zhì)注入(落入）預(yù)先恒溫的溶液中，混合過程放熱引起量熱計(jì)溫度變化， 從而計(jì)算出混合過程的洽變。該種方式要求被測(cè)的物質(zhì)必須是固體或揮發(fā)性很小的液體。 一旦有一種物質(zhì)的揮發(fā)性很強(qiáng)，整個(gè)容器空間中將充滿該物質(zhì)的蒸汽，會(huì)在注入(落入）之 前提前反應(yīng)，影響測(cè)量結(jié)果。
[0007] 溫度滴定量熱法的基本原理是用一種被測(cè)物質(zhì)滴定另一種被測(cè)物質(zhì)，隨著加熱的 滴定物質(zhì)的質(zhì)量的變化，測(cè)量混合體系的溫度變化，從而確定混合過程的過量洽。該方法的 優(yōu)點(diǎn)是可W測(cè)量一系列離散組分下的兩相混合物的過量洽，但是，該測(cè)量裝置僅適用于常 溫下的混合洽變的測(cè)量，并且同樣要求被測(cè)物質(zhì)不具備很強(qiáng)的揮發(fā)性。因此對(duì)于臨界溫度 較低的液氨、液態(tài)C〇2等物質(zhì)混合洽變測(cè)量方面的應(yīng)用受到極大限制。
[0008] 熱導(dǎo)式量熱計(jì)一般為李生結(jié)構(gòu)，兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的量熱腔分別作為參考系統(tǒng)和 測(cè)量系統(tǒng)，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是能夠很好的抵消環(huán)境溫度分布或波動(dòng)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)溫度分布的影 響今而提高測(cè)量的精度和穩(wěn)定性。但是該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)于常壓下不為液態(tài)的物質(zhì)的充 裝困難，同時(shí)使用的測(cè)量溫度為環(huán)境溫度。
[0009] 等速流動(dòng)量熱計(jì)通過測(cè)量流量恒定的兩股待測(cè)液體混合前后的溫差來獲得兩種 液體混合過程的過量洽，可W用于測(cè)量低臨界溫度液體混合過程的過量洽，但是測(cè)量過程 測(cè)試效率偏低(調(diào)整一次流量?jī)H能測(cè)出一個(gè)組分下的洽變)、對(duì)被測(cè)液體的消耗量較大，同 時(shí)低臨界溫度液體的氣化也會(huì)對(duì)混合的均勻性及測(cè)量的準(zhǔn)確性產(chǎn)生較大的影響。
[0010] 現(xiàn)有專利溶解熱測(cè)定儀(專利號(hào)200620070790.I)、溶解熱測(cè)量?jī)x(專利號(hào) 201120105349. 3)和一種溶解熱用雙層真空杜瓦瓶(專利號(hào)201320192180. 9)中報(bào)道的混合 過程洽變的測(cè)量裝置亦主要針對(duì)常溫常壓條件下的測(cè)量，不能很好的解決高壓條件下的罐 裝和混合過程的控制。
[0011] 綜上所述，現(xiàn)有的過量洽的測(cè)量裝置在非環(huán)境溫度條件下低臨界溫度液體混合過 程洽變的測(cè)量方面的應(yīng)用都存在一定的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種測(cè)量低臨界溫度液體混 合過程過量洽的變溫補(bǔ)償量熱裝置。本發(fā)明旨在解決=個(gè)主要難點(diǎn)問題： (1)充裝困難。由于要求在混合發(fā)生前兩種被測(cè)液體的分子不能有任何的接觸，因而必須采 取在線即時(shí)充裝的模式，要求充裝速度快，且一旦開始充裝第二種液體，則整個(gè)測(cè)量過程即 時(shí)開始?？?測(cè)量效率低。通常的量熱計(jì)一次充裝只能測(cè)量一個(gè)一定溫度和混合組分條件 下的數(shù)據(jù)點(diǎn)，本發(fā)明則從溶液的過量洽值為狀態(tài)參數(shù)的特性出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了一次充裝可實(shí)現(xiàn) 多個(gè)溫度條件下的一系列過量洽的測(cè)試。巧)恒溫體系溫度變化幅度小，溫度測(cè)試精度難于 保證。部分溫差型的量熱計(jì)為了保證測(cè)量溫度的準(zhǔn)確性，反應(yīng)前后的溫差在〇.〇化W下。 本發(fā)明合理的設(shè)計(jì)了混合腔和恒溫測(cè)量腔的尺寸，同時(shí)恒溫腔中的熱容物質(zhì)采用導(dǎo)熱系數(shù) 高、熱容低的物質(zhì)，確保了混合過程溫升的明顯性。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種測(cè)量低臨界溫度液體混合過程過量洽的變溫補(bǔ)償量熱 裝置，包括W下幾部分：氣閥柄、0型密封圈、0型絕緣墊片、筒頂螺母、筒蓋、密封螺蓋、密 封壓環(huán)、氣閥螺栓、筒體、高壓內(nèi)筒、加熱電阻、電磁攬拌椿、PTlOO熱電阻、導(dǎo)熱金屬柱、K型 熱電偶、鏈裝熱電偶、環(huán)形加熱電阻、計(jì)算機(jī)、可控電磁開關(guān)、數(shù)據(jù)采集儀、溫度控制器、液壓 動(dòng)力裝置、真空累、在線充注接口、真空腔室；各部分之間的裝配關(guān)系為： 筒體呈U形狀，筒蓋置于筒體之上，所述筒蓋的中屯、設(shè)有一個(gè)圓孔，筒頂螺母位于筒蓋 的上部，所述氣閥螺栓穿過所述圓孔與筒頂螺母相連接，在筒頂螺母與筒蓋之間設(shè)有0型 密封圈，在氣閥螺栓的中部偏下位置設(shè)有凸沿，所述凸沿與筒蓋之間設(shè)有所述0型絕緣墊 片，氣閥螺栓的內(nèi)部包括氣閥和氣閥柄，筒頂螺母的外側(cè)套著環(huán)形加熱電阻；高壓內(nèi)筒通過 內(nèi)部的螺紋固定在氣閥螺栓的下部，高壓內(nèi)筒與凸沿之間設(shè)有內(nèi)筒絕緣墊片，在筒體的內(nèi) 部有電磁攬拌椿和加熱電阻；導(dǎo)熱金屬柱位于筒體的下方，導(dǎo)熱金屬柱與筒體之間涂有導(dǎo) 熱娃脂，在導(dǎo)熱金屬柱上等間距開了=個(gè)小孔，每個(gè)小孔中分別布置了一個(gè)K型熱電偶；在 筒體和筒蓋上分別安裝了PTlOO熱電阻和鏈裝熱電偶，筒體和筒蓋安裝在真空腔室內(nèi)部， 真空腔室通過管道與真空累連接，真空腔室頂部安裝了所述液壓動(dòng)力裝置，動(dòng)力裝置下端 安裝可W配合氣閥的在線充注接口，在線充注接口與所述氣閥的軸線重合，在線充注接口 連接真空腔室外側(cè)的一個(gè)四通閥，所述四通閥分別與一個(gè)小型真空累W及兩種溶液的儲(chǔ)存 容器連接，且與儲(chǔ)液裝置之間裝有質(zhì)量流量計(jì)。K型熱電偶的信號(hào)被送往數(shù)據(jù)采集儀并儲(chǔ)存 在計(jì)算機(jī)中，PTlOO熱電阻和鏈裝熱電偶的溫度信號(hào)被分別送往數(shù)據(jù)采集儀和溫度控制器， 送往數(shù)據(jù)采集儀的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)采集儀儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中，送往溫度控制器的溫度信號(hào)作為反 饋信號(hào)使得溫度控制器發(fā)出信號(hào)控制電磁開關(guān)的通斷，保持測(cè)試筒溫度的恒定，同時(shí)可控 電磁開關(guān)通斷的信號(hào)也被送往計(jì)算機(jī)，用于對(duì)熱電阻加熱量的積分運(yùn)算。
[0014] 所述氣閥與在線充注接口為工程中常用的密封與充注方式，可保證充注的及時(shí)性 和密封的可靠性； 所述高壓內(nèi)筒為不誘鋼材質(zhì)的承壓容器，其內(nèi)部是兩種溶液的混合空間； 所述筒體為不誘鋼材質(zhì)的非承壓容器，其內(nèi)部為液相的熱容物質(zhì)，要求該物質(zhì)具有高 導(dǎo)熱系數(shù)和較低的熱容量，可W選取水銀或鋼鐘合金作為熱容物質(zhì)； 所述液壓動(dòng)力裝置和真空累均為工程中的常用裝置，可W很好的保證運(yùn)行的可靠性和 穩(wěn)定性； 所述數(shù)據(jù)采集儀和計(jì)算機(jī)均可W通過市購(gòu)的方式獲得； 所述溫度控制器具有兩個(gè)反饋信號(hào)和兩個(gè)控制輸出，控制目標(biāo)是使PTlOO熱電阻和鏈 裝熱電偶的實(shí)測(cè)溫度均與過量洽測(cè)試溫度相等?？刂圃砜梢暈榇?lián)運(yùn)行的兩個(gè)PID控制 器，第一個(gè)PID控制器的溫度目標(biāo)值設(shè)為混合熱的測(cè)量溫度，是一個(gè)恒定值，反饋值為實(shí)測(cè) 的測(cè)量筒內(nèi)部溫度，輸出信號(hào)控制內(nèi)筒加熱電阻電源的通斷；第二個(gè)PID控制器的溫度目 標(biāo)值設(shè)置為實(shí)測(cè)的測(cè)量筒內(nèi)部溫度，是一個(gè)隨時(shí)間浮動(dòng)的量，反饋值設(shè)為實(shí)測(cè)的筒頂溫度， 輸出信號(hào)控制環(huán)形加熱電阻電源的通斷。
[0015] 本發(fā)明存在W下有益效果： 1)常溫常壓條件下為氣態(tài)或揮發(fā)性很強(qiáng)的物質(zhì)在過量洽測(cè)量過程中普遍存在著充裝 困難、測(cè)試效率低的問題。本發(fā)明很好的解決了上述問題，即可W完美的實(shí)現(xiàn)即時(shí)在線充 裝，又可W-次充裝完成一系列溫度條件下過量洽的測(cè)量，同時(shí)還可W很好的解決高溫高 壓條件下的過量洽測(cè)試問題。
[0016] 2)與常規(guī)的過量洽測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置相比較，該裝置有W下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)： a.測(cè)試裝置適應(yīng)性強(qiáng)，可W很好的滿足各種工質(zhì)和測(cè)試條件下的過量洽測(cè)量，既可W測(cè)量揮發(fā)性液體，也可W測(cè)量不揮發(fā)液體；既可W在常溫常壓條件下實(shí)現(xiàn)測(cè)量，也可W在高 溫高壓條件下實(shí)現(xiàn)測(cè)量。
[0017]b.與常規(guī)的溫差型量熱裝置相比，該發(fā)明對(duì)于測(cè)試溫度的控制精確度更高。溫差 型的測(cè)試溫度控制通常會(huì)有零點(diǎn)幾度的溫差，該是由其測(cè)試原理所限定的，而該發(fā)明則可 W將溫度誤差控制在小數(shù)點(diǎn)后數(shù)位的范圍內(nèi)。
[0018] C.可W控制測(cè)量筒實(shí)現(xiàn)更加均