一种可视化的气体水合物动力学实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及实验技术领域，特别是涉及一种可视化的气体水合物动力学实验装置。
【背景技术】
[0002]气体水合物是由气体分子(如甲烧、二氧化碳、氮气、硫化氢等)与水分子在低温高压条件下生成的一种类冰状的笼型晶体化合物。近年来，随着气体水合物研究的深入，发现利用气体水合物进行气体分离及储运可以成为一种新型高效的工业技术。在模拟研究中，对气体水合物的成核机制和性质、储气能力等动力学性质的研究是水合物法气体分离及储运技术的关键基础和前提条件，对于实际应用具有直接的指导意义。
[0003]气体水合物的形成过程是一个结晶动力学过程，包括晶体成核和晶体生长两个过程。水合物晶体成核过程是指形成具有临界尺寸的、稳定的水合物晶核的过程。这个过程需要一个持续一定时间的诱导期，这个参数是评估饱和系统保持在亚稳态下能力的参数，包含关于新相成核和生长动力学的有价值信息，且一般具有较高的不确定性。水合物晶体生长过程是指稳定核快速生长成为宏观水合物晶体的过程。其中，水合物的反应速率及实际储气密度等参数对水合物法工业应用意义重大。然而，气体水合物的形成过程机理复杂、不易观测是水合物动力学实验研究的一个难点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一个可视化气体水合物动力学实验装置，以用于不同体系气体水合物晶体成核过程和生长过程中动力学参数的测定和晶核形态变化的观测。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下
[0006]—种可视化的气体水合物动力学实验装置，包括:
[0007]可视电磁搅拌反应釜，用于将釜体内的实验气体和实验液体进行混合反应，生成和分解水合物；
[0008]稳压供预冷气单元和排气单元，用于向可视电磁搅拌反应釜中提供预冷实验气和排气;
[0009]进排液单元，用于向可视电磁搅拌反应釜中注入和排放实验液体；
[0010]温度控制单元，用于控制可视电磁搅拌反应釜的温度变化；
[0011]数据采集处理单元，用于采集、处理、保存和分析水合物生成和分解过程中的动力学参数。
[0012]所述可视电磁搅拌反应釜包括反应釜和设置在反应釜顶部的电磁搅拌装置，该电磁搅拌装置的搅拌叶伸入反应釜釜体内，反应釜的侧壁上镶嵌有耐压玻璃，反应釜底部出口连接所述的进排液单元。
[0013]所述反应釜内腔底面呈锥形，底部中央设有进排液口。
[0014]所述稳压供预冷气单元包括依次管路连接的气瓶罐、进气阀和活塞预冷容器，该活塞预冷容器包括用于调节气源压力的活塞及连接有预冷水浴以控制气体温度的水夹套，并在活塞预冷容器顶部出口的管路上依次经由气体干燥过滤器和单向阀后连接至所述可视电磁搅拌反应釜。
[0015]所述气体干燥过滤器的出口管路上还连接有进气三通阀，该进气三通阀的一个出口阀经管路连接电动减压阀的入口，进气三通阀的另一个出口阀和电动减压阀的出口管路共同连接至所述单向阀的入口。
[0016]所述排气单元包括从可视电磁搅拌反应釜顶部出口连出的排气阀门和真空栗。
[0017]所述进排液单元包括从可视电磁搅拌反应釜底部出口分别连出的进液阀和排液阀，进液阀的入口端设有用于计量反应物的天平。
[0018]所述数据分析采集单元包括:
[0019]气相和液相温度传感器、压力传感器，通过数据采集控制卡测量与记录可视电磁搅拌反应釜中气相和液相的温度、压力；
[0020]气体流量计、液体流量计、录像机，通过信号线连接至计算机，用于记录反应釜内供气、供液及水合物形态变化情况；
[0021]气相色谱仪，通过数据线连接计算机，用于分析获取气体组成。
[0022]本发明的优点是:
[0023](1)采用可视恒温水浴和可视磁力搅拌反应釜，且反应釜视窗采用和反应釜内腔等高的窄缝式设计，并在反应釜上有刻度尺作为参照，可以清楚地观测到整个反应釜内水合物的形态变化和体积变化；反应釜底部设计为锥形，并在底部中央有进排液口，便于在不开反应釜盖的情况下使实验溶液完全排出，使动力学实验可以重复连续进行，操作更加简单方便。
[0024](2)恒温水浴外设有探照灯和录像机，可以记录下反应釜内水合物成核阶段及生长阶段晶核的变化情况，为复杂的动力学性质分析提供图像依据。录像机设置在水浴外，就无需防水耐压等条件，可以大大降低设备成本。
[0025](3)该装置设置有电动减压阀，将压力恒定误差缩小至±0.5%，并可以通过计算机程序进行操作，提高恒压供气法动力学实验精度。
[0026](4)该装置通过气体流量计、液体流量计等计量装置精确测量实验气体和实验液体的体积量，使实验数据分析更加精确。
【附图说明】
[0027]图1是本发明可视化气体水合物动力学实验装置的结构示意图；
[0028]图2是本发明中反应釜的结构示意图；
[0029]附图标记说明:1、气瓶罐；2、进气阀；3、活塞预冷容器；4、预冷水浴；5、干燥过滤器；6、进气三通阀；7、电动减压阀；8、气体流量计；9、单向阀；10、恒温水浴；11、反应釜；12、电磁搅拌装置；13、排气阀门；14、排气三通阀；15、真空栗；16、气相色谱仪；17、天平；18、液体流量计；19、进液阀；20、排液阀；21、探照灯；22、录像机；23、数据采集控制卡23 ;24、计算机；25、釜体；26、密封孔；27、刻度线；28、釜盖；29、玻璃视窗；30、进排液口。
【具体实施方式】
[0030]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0031]实施例
[0032]如图1、图2所示，一种可视化的气体水合物动力学实验装置，其特征在于，包括:
[0033]可视电磁搅拌反应釜，用于将釜体内的实验气体和实验液体进行混合反应，生成和分解水合物；
[0034]稳压供预冷气单元和排气单元，用于向可视电磁搅拌反应釜中提供预冷实验气和排气;
[0035]进排液单元，用于向可视电磁搅拌反应釜中注入和排放实验液体；
[0036]温度控制单元，用于控制可视电磁搅拌反应釜的温度变化；
[0037]数据采集处理单元，用于采集、处理、保存和分析水合物生成和分解过程中的动力学参数。
[0038]下面对本发明的各个组成部分及其基本用途、工作过程和原理等进行介绍。
[0039]稳压供预冷气单元，包括气瓶罐1、进气阀2、活塞预冷容器3、预冷水浴4、干燥过滤器5、进气三通阀6、电动减压阀7、气体流量计8、单向阀9等。
[0040]气瓶罐1与活塞预冷容器3连接，用作提供气源；活塞预冷容器3中设置活塞，用于调节气源压力；活塞预冷容器3的水夹套连接至预冷水浴4，以此控制容器内气体的温度，实现提供高压预冷气源的目的；电动减压阀7通过气体干燥过滤器5、高压气体流量计8、单向阀9后连接至可视电磁搅拌反应釜，用作调节气反应釜11内压力，实现恒压环境下进行实验模拟的目的。
[0041]可视电磁搅拌反应釜，由高压反应釜11和电磁搅拌装置12组成。可以采用一个圆柱形不锈钢和耐压玻璃组成高压反应釜11，该反应釜11顶部可安装电动磁力搅拌器，底部可连接安装进排液单元。反应釜11前后两侧镶嵌耐压玻璃，用于观测反应釜11内水合物的形态变化，形成可视反应釜11，并在耐压玻璃两侧的不锈钢密封装置上刻有刻度线27，用作观测反应釜11内水合物体积变化的参考标准。
[0042]在本实施例中，可视反应釜11的釜体25和釜盖28外形为圆柱形，内腔底面设计为锥形，并设有进排液口 30，利于实验溶液的进入和完全排出；反应釜11前后两侧设计为窄缝式耐压玻璃视窗29，便于观测整个体系中水合物形态的变化；视窗两侧刻有刻度尺，可以作为观测体系内水合物体积变化的参照物和标尺，可以提高体系内气相体积的计算精度；视窗经过密封孔26和不锈钢反应釜的釜体25密封连接，保证实验设备的密封性。
[0043]电磁搅拌装置12的搅拌速度通过调节步进电机转速来调整，调整范围为0?800rpmo在水合物动力学成核阶段性质测定时，可以研究电动搅拌速度对成核性质的影响。
[0044]进排液单元，由天平17、液体流量计18、进液阀19和排液阀20组成。配置好的实验溶液在天平17上称量好之后，通过液体流量计18、进液阀19后由管线连接至反应釜11中，用于向反应釜11内提供实验溶液。