恒压测容装置的制作方法

1.本技术涉及气体反应测量技术领域，尤其是涉及一种恒压测容装置。


背景技术：

2.在实验室或小规模生产中，经常会需要对反应消耗或产生气体的量进行测量；常用方法有活塞法和测压法。活塞法即恒容条件通过活塞的行程和气缸的横截面的积来求得。测压法即恒容条件下进行前后压力测量从而计算反应气的损耗和生成。
3.针对上述中的相关技术，活塞法适用于对压力不高的反应。测压法适用于对压力变化明显的反应。二者都无法精确计量微小变化的反应，比如光催反应。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供一种恒压测容装置，用于精确测量恒压（包括高压和低压）条件下反应消耗或增加的气体体积。
5.本技术提供的恒压测容装置采用如下的技术方案：
6.恒压测容装置，包括：第一测量罐、第二测量罐、反应罐以及恒压配气机构；所述第一测量罐、第二测量罐内设置有测量液，所述第一测量罐与第二测量罐通过第一连接管、第二连接管连通，且第一连接管、第二连接管并联，所述恒压配气机构与第一连接管连通，所述第二测量罐与反应罐通过第三连接管连通；所述第一连接管上设置有第一阀门，所述第二连接管上设置有第二阀门，所述第三连接管上设置有第三阀门；所述第一连接管以及第三连接管的端口位于液面以上，所述第二连接管其中一个端口位于液面以下。
7.通过采用上述技术方案，第一阀门与第三阀门打开、第二阀门关闭状态下，第一测量罐、第二测量罐、反应罐以及恒压配气机构连通，将反应气体充满第一测量罐、第二测量罐、反应罐并保持恒压状态；
8.第二阀门与第三阀门打开、第一阀门关闭状态下，第一测量罐与第二测量罐被测量液隔断，在反应罐内气体因反应导致气体体积增加或减少时，测量液会通过第二连接管在第一测量罐与第二测量罐之间流动，再通过测量第一测量罐与第二测量罐内测量液的体积变化就能够推导出反应罐内气体消耗量或增加量，测量液的体积变化可以直接得出，也可以通过先得到重量变化，再通过测量液的密度计算得到体积变化；并且在反应罐内气体反应过程中，反应罐内气压与第二测量罐气压相等，第一测量罐与恒压配气机构气压相等，第一测量罐与第二测量罐的压力差为第二连接管内液面高于所在罐内液面的高度差所对应的压强差，在测量液选用水等密度较小液体，降低第二连接管的最高点水平高度相对于插入罐内液面高度差的时候，第一测量罐与第二测量罐的压力差近似为零，故反应罐内气体压强在反应前后处于近似恒压状态。
9.可选的，所述第一测量罐与第二测量罐的底部设置有称量机构。
10.通过采用上述技术方案，能够实时对反应罐内气体变化进行测量。
11.可选的，所述第三连接管上还设置有干燥罐。
12.通过采用上述技术方案，既能够降低测量液进入反应罐，降低对反应的影响，又能够降低反应罐内反应产生的蒸汽进入第一测量罐与第二测量罐内，对测量结果产生影响。
13.可选的，所述恒压配气机构与第一连接管的连接处设置有第一压力表，所述第三连接管上设置有第二压力表。
14.通过采用上述技术方案，第一压力表对第一测量罐内的压强的实时检测显示，第二压力表对反应开始后反应罐内压强的实时测量显示。
15.可选的，所述恒压配气机构包括若干个进气单元、混合罐以及配气罐，若干个所述进气单元并联，并与混合罐、配气罐以及第一测量罐依次连接，所述配气罐与第一测量罐之间还设置有稳压减压阀。
16.通过采用上述技术方案，将不同的反应气体导向混合罐内进行混合，在导向配气罐内进行储存，在需要反应时，将配气罐内的混合气体经第一连接管、第二测量罐以及第三连接管导向反应罐内，进行反应；稳压减压阀控制进入第一连接管的混合气体的气压，以适应不同反应所需要的压强。
17.可选的，所述配气罐与第一测量罐之间还设置有增压单元以及高压罐，所述配气罐、增压单元、高压罐、稳压减压阀以及第一测量罐依次连接设置。
18.通过采用上述技术方案，对进入至第一连接管内的气体进行增压，并以恒压状态储存，以为反应罐提供反应所需要的高压条件。
19.可选的，所述配气罐与高压罐之间还设置有安全阀，所述安全阀与增压单元并联设置。
20.通过采用上述技术方案，在高压罐内压强过高时，高压气体能够通过安全阀流回配气罐内，既能够保证安全，又不会将反应气体排放造成浪费与污染。
21.可选的，所述进气单元包括沿进气方向依次设置的储气罐、过滤器、减压阀、流量计以及单向阀。
22.通过采用上述技术方案，将储气罐内的气体，先通过过滤器，将其内的杂志过滤掉，再通过减压阀降低并控制气压，流量计对通过的气体进行计量，单向阀防止气体从配气罐倒流回进气单元。
23.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
24.1.第一阀门与第三阀门打开、第二阀门关闭状态下，第一测量罐、第二测量罐、反应罐以及恒压配气机构连通，将反应气体充满第一测量罐、第二测量罐、反应罐并保持恒压状态；
25.2.第二阀门与第三阀门打开、第一阀门关闭状态下，第一测量罐与第二测量罐被测量液隔断，在反应罐内气体因反应导致气体体积增加或减少时，通过测量第一测量罐与第二测量罐的重量变化就能够推导出反应罐内气体消耗量或增加量；该装置将体积的变化转化为重量的变化，增加测量的精度（精度约提高2个数量级。例如：采用电子天平测量，精度可达0.001g，换算成体积为0.001ml，这个体积几乎无法测量），同时降低了测量难度，可用于反应缓慢，反应器体积小，不容易观察测量的化学反应；
26.3.在进行测量反应罐内气体变化量时，第一测量罐与第二测量罐的压强差近似为零，使的反应罐内压强与恒压配气机构压强近似为零，从而反应罐内压强在反应、测量过程中近似不变，处于恒压状态。
附图说明
27.图1是本技术实施例1的整体结构示意图；
28.图2是本技术实施例2的整体结构示意图；
29.图中， 1、第一测量罐；2、第二测量罐；3、反应罐；4、恒压配气机构；41、进气单元； 411、储气罐；412、过滤器；413减压阀；414、流量计；415、单向阀；42、混合罐；43、配气罐；44、稳压减压阀；45、增压单元；46、高压罐；47、安全阀；5、第一连接管；51、第一阀门；52、第一压力表；6、第二连接管； 61、第二阀门；7、第三连接管； 71、第三阀门；72、干燥罐； 73、第二压力表。
具体实施方式
30.以下结合附图1-附图2，对本技术作进一步详细说明。
31.实施例1
32.一种恒压测容装置，参照图1，包括第一测量罐1、第二测量罐2、反应罐3以及恒压配气机构4；所述第一测量罐1、第二测量罐2内设置有测量液，所述第一测量罐1与第二测量罐2通过第一连接管5、第二连接管6连通，且第一连接管5、第二连接管6并联，所述恒压配气机构4与第一连接管5连通，所述第二测量罐2与反应罐3通过第三连接管7连通；所述第一连接管5上设置有第一阀门51，所述第二连接管6上设置有第二阀门61，所述第三连接管7上设置有第三阀门71；所述第一连接管5以及第三连接管7的端口位于液面以上，所述第二连接管6与第一测量罐1连接的一端浸没于第一测量罐1罐内液面以下，与第二测量罐2连接的一端位于第二测量罐2罐内液面以上。
33.本实施例针对于反应罐3内发生的是体积消耗反应，测量液采用水；液体水的压缩比非常微小，接近于零，该装置适用于超高压力条件下的测量。
34.第一步先将第一阀门51与第三阀门71打开，第二阀门61关闭，恒压配气机构4将反应气体充满第一测量罐1、第二测量罐2以及反应罐3，并处于恒压状态；
35.第二步将第二阀门61与第三阀门71打开，第一阀门51关闭，第一测量罐1与第二测量罐2被测量液隔断；
36.第三步反应罐3内气体开始反应，随着气体被消耗，反应罐3内气压降低，第一测量罐1与第二测量罐2之间形成压力差，在压强的作用下，第一测量罐1内的水经第二连接管6被压向第二测量罐2内，直至反应罐3内气体体积不再变化，第一测量罐1与第二测量罐2之间压力趋于稳定；对第一测量罐1与第二测量罐2内水的增减量进行测量，再通过换算，即每克水对应每毫升气体，得到反应罐3内气体的消耗量。
37.在利用上述装置及方法对反应罐3内消耗的气体进行测量时，会存在系统误差以及随机误差，随机误差来自于对第一测量罐1与第二测量罐2内水的增减量进行认为测量的误差，尽可能用精准度高的仪器对增减量进行测量会降低该部分误差；系统误差在于，水在压强差的作用下从第一测量罐1经第二连接管6进入第二测量罐2内时，会有一个上升再下降的过程，而在反应结束后，第二连接管位于第一测量罐1内部分，里面会留存有水，该部分水可以在后续换算中补入，以消除该部分系统误差；或缩小第二连接管6的管径，降低第二连接管6最高处与第一测量罐1内液面的高度差，来降低该部分误差以至于可以忽略该部分误差；
38.在上述技术方案中，如果直接测量水的增减量需要打开罐体，或将罐体设置为透明，且标有刻度，直接读出；这种要么比较麻烦，要么对罐体有要求；因此发明人在解决这个问题时想到，在所述第一测量罐1与第二测量罐2的底部设置称量机构来解决这个问题，称量机构示例性采用电子秤，第一测量罐1与第二测量罐2内水的增减量通过电子秤得出其重量差，再通过密度换算出体积差，即得到反应罐3内气体消耗的体积。
39.该装置将体积的变化转化为水的重量的变化，增加测量的精度（精度约提高2个数量级。例如：采用电子天平测量，精度可达0.001g，换算成体积为0.001ml，这个体积几乎无法测量），同时降低了测量难度，可用于反应缓慢，反应器体积小，不容易观察测量的化学反应。
40.在上述技术方案中，采用水或其他易蒸发的液体，以及反应罐3内反应产生的水蒸气等易蒸发的液体，会对测量造成影响，在第三连接管7上设置有干燥罐72，对通过干燥罐72的气体进行干燥，降低该部分对测量的影响。
41.在恒压配气机构4与第一连接管5的连接处设置有第一压力表52，对进入第一连接管5的气压（即反应所需要的气压）进行测量；第三连接管7上设置有第二压力表73，用于对反应罐3的实时气压进行擦测量显示。
42.所述恒压配气机构4包括若干个进气单元41、混合罐42以及配气罐43，若干个所述进气单元41并联，并与混合罐42、配气罐43以及第一测量罐1依次连接，所述配气罐43与第一测量罐1之间还设置有稳压减压阀44。
43.在多种反应气体进行混合反应时，通过多个进气单元41分别进气，并在混合罐42内进行混合，并在配气罐43内进行储存，设置稳压减压阀44对进入第一连接管5内的气体压强进行限压、稳压，从而保证反应罐3内气体反应时处于恒压状态。
44.所述配气罐43与第一测量罐1之间还设置有增压单元45以及高压罐46，所述配气罐43、增压单元45、高压罐46、稳压减压阀44以及第一测量罐1依次连接设置；对进入第一连接管5内的气体进行增压、储存及保压，为反应罐3提供高压恒压反应气体；适用于高压恒压的气体反应。
45.所述配气罐43与高压罐46之间还设置有安全阀47，所述安全阀47与增压单元45并联设置；在高压罐46内压强超标时，通过安全阀47进行泄压，并将排出的气体导向配气罐43。
46.所述进气单元41包括沿进气方向依次设置的储气罐411、过滤器412、减压阀413、流量计414以及单向阀415；储气罐411用于储存单类反应气体，在需要反应时，将其先通过过滤器412过滤，再通过减压阀413限压、稳压，导向第一连接管5内，流量计414能够对导向第一连接管5内的气体进行计量，单向阀415避免第一连接管5内气体回流。
47.实施例2：
48.一种恒压测容装置，参照图2，其具体结构与实施例1的区别在于：所述第二连接管6与第二测量罐2连接的一端浸没于第二测量罐2罐内液面以下；与第一测量罐1连接的一端位于第一测量罐1罐内液面以上。
49.本实施例适用于反应罐3内发生的反应为气体增加反应：测量液采用水；
50.第一步先将第一阀门51与第三阀门71打开，第二阀门61关闭，恒压配气机构4将反应气体充满第一测量罐1、第二测量罐2以及反应罐3，并处于恒压状态；
51.第二步将第二阀门61与第三阀门71打开，第一阀门51关闭，第一测量罐1与第二测量罐2被测量液隔断；
52.第三步反应罐3内气体开始反应，随着气体增加，反应罐3内气压升高，第一测量罐1与第二测量罐2之间形成压力差，在压强的作用下，第二测量罐2内的水经第二连接管6被压向内第一测量罐1，直至反应罐3内气体体积不再变化，第一测量罐1与第二测量罐2之间压力趋于稳定；对第一测量罐1内水的增量或第二测量罐2内水的减量进行测量，再通过换算，即每克水对应每毫升气体，得到反应罐3内气体的增加量。
53.本具体实施方式的实施例均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。