一种快速寻找四元熔盐体系最低熔点的方法与流程

本发明属于四元熔盐体系熔点测量技术领域，涉及一种寻找四元熔盐体系最低熔点的方法，尤其是一种快速寻找四元熔盐体系最低熔点的方法。

背景技术：

目前，在工业蓄能和太阳能高温热利用领域，用于传热蓄热介质的以硝酸熔盐体系为主体，二元熔盐kno3-nano3体系虽然具有较高的熔点，但易造成管道的堵塞，影响系统安全，因此开发低熔点熔盐变得十分迫切。四元熔盐体系因为具有低熔点和很好的高温稳定性，受到了越来越多的关注。

目前，唯一可靠的寻找体系最低熔点的方式是绘制熔盐体系相图。熔盐相图显示熔盐体系在平衡态时的相关系，是研究熔盐相变点、溶解度、热容等热力学性质，乃至熔盐结构的重要基础，在实际应用中也是传蓄热熔盐选择的基本依据。目前四元熔盐相图绘制的过程中主要存在以下问题：

1.四元熔盐体系相对二元体系和三元体系更复杂，寻找最低熔点的过程更加复杂。

2.寻找多元熔盐体系的熔点，需要测试大量熔盐配方，过程缓慢，没有先期的工作预判相应的最低熔点所对应的配方，熔盐配方筛选十分盲目。

3.通过计算熔盐相图得到熔点的方法，并不可靠，仍需要依赖实验数据加以对计算方法的验证。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种寻找四元熔盐体系最低熔点的方法，尤其是一种快速寻找四元熔盐体系最低熔点的方法。本发明的方法通过合理布局实验点的选择，并结合软件程序模拟绘制等温曲线，能够减少无效的实验工作量，快速找到四元熔盐的最低熔点；而且，对于存在共晶点的四元熔盐体系，还可以为寻找共晶点缩小范围，即快速将共晶点缩小到在最低熔点范围内，进而有利于快速寻找共晶点。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种寻找四元熔盐体系最低熔点的方法，尤其是一种快速寻找四元熔盐体系最低熔点的方法，包括以下步骤：

(1)绘制四元熔盐体系的组分图，所述组分图记为正四面体abcd(具体名称不作限定)，则4个顶点分别代表4种纯物质，4个三角形的面分别代表4种三元熔盐，正四面体内部的点代表四元混合熔盐；

(2)从代表三元熔盐体系的4个三角形的面中任选一个面ⅰ，测量所述面ⅰ的3个顶点处的熔点，每条边上至少1点处的熔点，以及面ⅰ内部至少1点处的熔点；

(3)以步骤(2)测量得到的熔点温度作为数据点，利用软件绘制等温曲线，从而预判面ⅰ代表的三元熔盐体系的熔点随组分的变化规律；

(4)在低熔点组分区域内，以步骤(2)和(3)所述的相同方法，测量数据，以进一步缩小预测范围，最终找到面ⅰ代表的三元熔盐体系的最低熔点a；

(5)继续在正四面体上连接3点得到三角形ⅱ，重复步骤(2)-(4)的操作得到三角形ⅱ代表的三元熔盐体系的最低熔点b；

(6)重复至少1次步骤(5)，得到至少1个三角形，以及至少1个最低熔点；

(7)以最低熔点a、最低熔点b以及步骤(6)得到的至少1个最低熔点的温度作为数据点，利用软件绘制等温曲线，从而预判四元熔盐体系的熔点随组分的变化规律，进而得到四元熔盐体系的最低熔点。

以下作为本发明所述方法的优选技术方案，但并不作为对本发明的限定，采用以下优选技术方案，可以更好的达到本发明声称的有益效果。

优选地，四元熔盐体系包括nano3-kno3-lino3-ca(no3)2硝酸熔盐体系、nano3-kno3-nano2-ca(no3)2硝酸熔盐体系或nano3-kno3-mg(no3)2-ca(no3)2硝酸熔盐体系、nacl-kcl-cacl2-mgcl2氯化物熔盐体系或na2so4-k2so4-al2(so4)3-mgso4硫酸熔盐体系中的任意一种。但并不限于上述列举的四元熔盐体系，其他本领域常用的四元熔盐体系也可用于本发明。

优选地，步骤(2)测量每条边上至少2点处的熔点，且这至少2点将其所在的边均等分为3份。

作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤(2)测量的所有点中，相邻点的间隔均相等。为了达到这一效果，可以采用下述方案：将3条边分别均等分为相同的份数，过等分点作3条边的平行线并相交，得到的3个顶点，3条边上的等分点以及三角形内部的交点满足“相邻点的间隔均相等”。

优选地，步骤(2)测量每条边上至少4个点处的熔点，且这至少4个点将其所在的边均等分为5份。

优选地，步骤(2)测量面ⅰ内部的至少6点处的熔点。

优选地，步骤(2)测量3个顶点处的熔点；每条边上4点处的熔点，每条边上4点将其所在的边均等分为5份；并测量三角形内部6点处的熔点，所述6点是过每条边上4点作面ⅰ的三角形三边的平行线得到的位于面ⅰ内部的交点。

本发明中，对步骤(3)和步骤(7)所述利用软件绘制等温曲线的方法不作限定，例如，可以是但不限于利用matlab插值法绘制等温曲线。

优选地，步骤(4)所述低熔点组分区域通过如下方法找到：比较步骤(2)测量得到的熔点温度的高低，熔点温度最低的三个点连接而成的区域为低熔点组分区域。

作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤(5)所述三角形ⅱ与步骤(2)所述面ⅰ平行。

优选地，步骤(6)重复3次步骤(5)，得到3个最低熔点，记为最低熔点c、最低熔点d和最低熔点e；

优选地，所述步骤(7)为：以最低熔点a、最低熔点b、最低熔点c、最低熔点d和最低熔点e的温度作为数据点，利用软件绘制等温曲线，从而预判四元熔盐体系的熔点随组分的变化规律，进而得到四元熔盐体系的最低熔点。

作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤(5)所述三角形ⅱ与面ⅰ平行，重复4次步骤(5)得到三角形ⅲ、三角形ⅳ、三角形ⅴ和三角形ⅵ；而且，三角形ⅱ、三角形ⅲ、三角形ⅳ、三角形ⅴ和三角形ⅵ将正四面体顶点到面ⅰ的垂线均等分。举例说明，正四面体代表a-b-c-d四元熔盐体系，三角形abc代表a-b-c三元熔盐体系，则三角形abc中组分d的含量为0，作与三角形abc平行的三角形ⅱ、三角形ⅲ、三角形ⅳ、三角形ⅴ，由于平行关系，上述这几个三角形中d的含量都是恒定的。优选情况下，可以使三角形ⅱ、三角形ⅲ、三角形ⅳ、三角形ⅴ的含量顺序等差变化，比如使d的含量分别为20％，40％，60％和80％。但并不限定必须等差变化，例如也可以分别为10％、20％、30％和50％等。

需要指出的是，当与面abc平行的面中d的含量为定值x％时，其他a、b和c组分的最大含量为(1-x)％。

作为本发明所述方法的优选技术方案，所述方法还包括测量低熔点组分区域附近未测量点的温度，以验证推断温度值的准确性，若推断温度值和测量得到的实际值不同，则更正为实际值。

优选地，所述方法还包括测量等温曲线中的低温线附近未测量点的温度，以验证推断温度值的准确性，若推断温度值和测量得到的实际值不同，则更正为实际值。

作为本发明所述方法的进一步优选技术方案，所述方法包括以下步骤：

(1)绘制四元熔盐体系的组分图，所述组分图记为正四面体abcd，正四面体的4个顶点分别代表4种纯物质，4个三角形的面分别代表4种三元熔盐体系，正四面体内部的点代表四元混合熔盐；

(2)测量所述面abc的3个顶点处的熔点；每条边上4点处的熔点，每条边上4点将其所在的边均等分为5份；并测量面abc内部6点处的熔点，所述6点是过每条边上4点作面abc的三边的平行线得到的位于面abc内部的交点；

(3)以步骤(2)测量得到的熔点温度作为数据点，利用软件绘制等温曲线，从而预判面abc代表的三元熔盐体系的熔点随组分的变化规律；

(4)在低熔点组分区域内，以步骤(2)和(3)所述的相同方法，测量数据，以进一步缩小预测范围，最终找到面abc代表的三元熔盐体系的最低熔点a；

(5)继续在正四面体上连接3点得到与面abc平行的面a’b’c’，重复步骤(2)-(4)的操作得到三角形a’b’c’代表的三元熔盐体系的最低熔点b；

(6)重复4次步骤(5)，得到4个与面abc平行的面，以及分别位于4个面内的4个最低熔点(最低熔点c、最低熔点d、最低熔点e、最低熔点f)；

面a’b’c’以及步骤(6)得到的4个面分别对应d的含量为20％、40％、50％、60％和80％；

(7)以最低熔点a、最低熔点b、最低熔点c、最低熔点d、最低熔点e、最低熔点f的温度作为数据点，利用软件绘制等温曲线，从而预判四元熔盐体系的熔点随组分的变化规律，进而得到四元熔盐体系的最低熔点。

本发明的方法基于的理论基础是：对于四元熔盐体系，在相邻区域内不会出现熔点的骤升或骤降。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明通过合理选择实验配方点，确定低熔点组分区域，并结合软件程序模拟绘制等温曲线，能减少无效的实验工作量，能够快速寻找四元熔盐体系最低熔点。

(2)在实际应用中，不一定选择最低熔点的熔盐使用，还会考虑成本等问题，选择最优的使用组分比具有重要意义。通过本发明的方法能够作出四元熔盐相图，还可用于评估组分含量变化引起的成本和熔点的变化，从而利于选出最优的实用组分比。

(3)本发明的相图中，有些点的熔点已知，通过本发明的方法得到的熔点与已知数据基本是一致的，这也说明了本发明方法的可靠性。

(4)本发明在合理预测的同时结合实验验证，提高了实验的可靠性。

(5)本发明的方法不仅可以预判复合熔盐体系的最低熔点，快速寻找到四元熔盐体系的最低熔点，而且，对于存在共晶点的四元熔盐体系，还可以为寻找共晶点缩小范围，即快速将共晶点缩小到在最低熔点范围内，进而有利于快速寻找共晶点。

附图说明

图1是实施例1的四元熔盐体系的组分图；

图2是实施例1的面abc代表的三元熔盐体系的组分图，其中标注的点为实验的配方点，即测试的点；

图3是实施例1的面a’b’c’代表的体系的组分图，其中标注的点为实验的配方点，即测试的点。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

本实施例提供一种快速寻找四元熔盐体系最低熔点的方法，包括以下步骤：

(1)绘制四元熔盐体系(组分a-组分b-组分c-组分d)的组分图(参见图1)，所述组分图记为正四面体abcd，正四面体的4个顶点分别代表4种纯物质(即a物质、b物质、c物质和d物质)，4个三角形的面分别代表4种三元熔盐体系(即a-b-d三元熔盐体系、a-c-d三元熔盐体系、b-c-d三元熔盐体系、a-b-c三元熔盐体系)；

(2)测量面abc(其代表的三元熔盐体系的组分图参见图2)的3个顶点处的熔点，每条边上4点处的熔点(这4个点将其所处的边均分为5份)，以及面abc内部内部6个点处的熔点(这6个点是过面abc每条边上的点作面abc的三条边的平行线相交得到的)；

(3)以步骤(2)测量得到的熔点温度作为数据点，利用软件绘制等温曲线，从而预判面abc代表的三元熔盐体系的熔点随组分的变化规律；

(4)在低熔点组分区域内，以步骤(2)和(3)所述的相同方法，测量数据，以进一步缩小预测范围，最终找到面abc代表的三元熔盐体系的最低熔点a；

(5)继续在正四面体abcd上连接3点得到与面abc平行的面a’b’c’，重复步骤(2)-(4)的操作得到三角形a’b’c’代表的三元熔盐体系的最低熔点b；

(6)重复4次步骤(5)，得到4个与面abc平行的面，以及分别位于4个面内的4个最低熔点(最低熔点c、最低熔点d、最低熔点e、最低熔点f)；

面a’b’c’以及步骤(6)得到的4个面分别对应d的含量为20％、40％、50％、60％和80％；

(7)以最低熔点a、最低熔点b、最低熔点c、最低熔点d、最低熔点e、最低熔点f的温度作为数据点，利用软件绘制等温曲线，从而预判四元熔盐体系的熔点随组分的变化规律，进而得到四元熔盐体系的最低熔点。

实施例2

(1)绘制四元熔盐体系(组分a-组分b-组分c-组分d)的组分图，所述组分图记为正四面体abcd，正四面体的4个顶点分别代表4种纯物质(即a物质、b物质、c物质和d物质)，4个三角形的面分别代表4种三元熔盐体系(即a-b-d三元熔盐体系、a-c-d三元熔盐体系、b-c-d三元熔盐体系、a-b-c三元熔盐体系)；

(2)测量面bcd的3个顶点处的熔点，每条边上4点处的熔点(这4个点将其所处的边均分为5份)，以及面bcd内部6个点处的熔点(这6个点是过面bcd每条边上的点作面bcd的三条边的平行线相交得到的)；

(3)以步骤(2)测量得到的熔点温度作为数据点，利用软件绘制等温曲线，从而预判三元熔盐体系的熔点随组分的变化规律，并进一步绘制得到面bcd代表的三元熔盐相图；

(4)通过比较步骤(2)测量得到的熔点温度的高低，熔点温度最低的三个点连接而成的区域确定为低熔点组分区域，在该低熔点组分区域以步骤(2)和步骤(3)相同的方法，测试数据，以进一步缩小预测范围，直到最终找到三元熔盐体系的最低熔点a；

(5)继续在正四面体abcd上连接3点得到与面bcd平行的面b’c’d’，重复步骤(2)-(4)的操作得到三角形b’c’d’代表的三元熔盐体系的最低熔点b；

(6)重复3次步骤(5)，得到3个与面bcd平行的面，以及分别位于3个面内的3个最低熔点(最低熔点c、最低熔点d、最低熔点e)；

面a’b’c’以及步骤(6)得到的4个面分别对应d的含量为20％、40％、60％和80％；

(7)以最低熔点a、最低熔点b、最低熔点c、最低熔点d、最低熔点e的温度作为数据点，利用软件绘制等温曲线，从而预判四元熔盐体系的熔点随组分的变化规律，进而得到四元熔盐体系的最低熔点。

实施例3

除面a’b’c’以及步骤(6)得到的4个面分别对应d的含量为10％、20％、30％、50％和70％外，其他测试方法和条件与实施例1相同。

本发明的实施例中，除标注点处的其他位置点中，有部分可从hitec体系熔盐中查阅资料得到，查阅得到的熔点温度与采用本发明的方法检测到的结果基本一致，验证了本发明方法的可靠性。

对比例1

采用常规方法绘制四元熔盐(ca(no3)2-nano3-nano2-kno3)相图，采用常规方法利用常规相图进行测试时，配方的选择较为盲目，在一些区间选择的实验点过于密集，导致了不必要的测试，并且导致了一点区间空白，没有实验点，造成了实验的不可靠性。

将实施例1-3和对比例1进行对比，可知采用本专利的方法，可以有效的减少无效的实验工作量，合理布局实验点的选择确定低熔点组分区域，并结合软件程序模拟绘制等温曲线，可快速找到四元熔盐的最低熔点。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。