一种测定溶液气液二相线的实验装置的制作方法

1.本技术涉及物理化学领域的实验室装置，特别涉及一种测定溶液气液二相线的实验装置。


背景技术：

2.热力学主要是介绍热力学三大定律、各种能源怎样才能有效利用、热学角度讲述化学反应与燃烧、环境和能源问题、蒸汽热力学循环等的一门非常值得人们深入思考的学科。
3.热力学第一定律是能量守恒定律(能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转移和转化的过程中，能量的总量不变)。热力学第二定律：克劳修斯表述为热量可以自发地从温度高的物体传递到温度低的物体，但不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体。热力学第三定律通常表述为绝对零度时，所有纯物质的完美晶体的熵值为零，或者绝对零度(t＝0k)不可达到。
4.溶液二相线是指溶液气液两相在不同压力下温度质量分数（t
‑
x）曲线，是研究溶液二相平衡的重要工具，也是提高海水淡化及精馏效率等实用性领域的基础理论。是热力学知识体系中较为重要的组成部分。但现有的实验装置普遍存在结构复杂，成本高，操作性差等问题。在实验过程中人员的操作体验不佳而导致人们不能够清楚的认识热力学实验的原理，导致人们无法很好的自主进行试验操作。
5.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

6.本技术的目的在于提供一种测定溶液气液二相线的实验装置，该实验装置操作简便，可以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
7.为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：本技术提供了一种测定溶液气液二相线的实验装置，包括：实验容器、温度调节装置、空气排除装置、冷凝装置和参数测定装置；所述实验容器为密封容器，用于盛装待测液体；所述温度调节装置与所述实验容器接触设置，用于调节所述实验容器内的待测液体的温度；所述空气排除装置包括第一真空泵和排气导管，所述第一真空泵通过排气导管与所述实验容器连通，所述排气导管上设有第一阀门，所述空气排除装置用于排除所述实验容器内的空气；所述冷凝装置包括蒸汽输送导管和冷凝器，所述冷凝器的进气口通过蒸汽输送导管与所述实验容器相连，所述蒸汽输送导管上设有第二阀门，所述冷凝器用于对所述实验容器内形成的蒸汽进行冷凝以得到冷凝液；所述参数测定装置包括温度测定装置、压力测定装置和盐度分析仪，所述温度测定装置的探测端设于所述实验容器内，并与待测液体接触，用于对所述实验容器内的待测液体的温度进行检测，所述压力测定装置的探测端设于所述实验容器内，用于对所述实验容器内形成的蒸汽的压力进行检测，所述盐度分析仪与所述冷凝器的出液口相连，用于对所述冷
凝液的盐度进行检测。
8.优选地，所述实验装置还包括负压容器，所述排气导管包括抽气段导管
9.和连通段导管；所述第一真空泵与所述负压容器通过所述抽气段导管相连；所述负压容器与所述实验容器通过所述连通段导管相连；所述第一阀门设置在所述连通段导管上。
10.优选地，所述负压容器为锥形瓶，所述负压容器的开口处设有第一密封塞。
11.优选地，所述实验装置还包括第二真空泵和连接件；所述连接件具有相
12.连通的第一端口、第二端口和第三端口；所述第一端口与所述冷凝器的出液口相连，所述第二端口与所述盐度分析仪相连，所述第三端口与所述第二真空泵相连；所述第二真空泵用于辅助将所述实验容器内产生的蒸汽抽入所述冷凝器中。
13.优选地，所述连接件为三相阀。
14.优选地，所述实验容器为带有蒸汽出口的锥形瓶，所述锥形瓶的开口处设有第二密封塞；所述蒸汽出口呈倾斜向下延伸，所述蒸汽出口通过所述蒸汽输送导管连接于所述冷凝器的进气口。
15.优选地，所述温度测定装置为温度计，所述温度计的探测端贯穿所述第二密封塞并伸入所述实验容器内的待测液体中。
16.优选地，所述压力测定装置包括压力输送器、电导线和压力显示仪表；所述压力输送器的探测端贯穿所述第二密封塞并伸入所述实验容器内，所述压力输送器的另一端通过所述电导线与所述压力显示仪表相连。
17.优选地，所述第一阀门和/或第二阀门为闸阀。
18.优选地，所述温度调节装置为水浴锅，所述实验容器设于所述水浴锅内。
19.与最接近的现有技术相比，本技术实施例的技术方案具有如下有益效果：
20.1. 本技术的测定溶液气液二相线的实验装置结构简单，易于实践，便于操作人员了解和学习溶液二相平衡的基本原理，借助溶液的物理性质来对溶液进行分析。
21.2. 本技术的测定溶液气液二相线的实验装置中的空气排除装置，利用与实验容器相连接的负压容器中的真空度（第一真空泵工作后产生），可导出实验容器中少量待测液体，从而可排除待测液体上方的空气，随后使第一阀门闭合，阻断外界空气对实验容器的干扰，使压力输送器测定的压力全部为待测溶液的蒸汽压力。
22.3.采用控制变量的方式绘制出溶液不同浓度下的温度
‑
压力（t
‑
p）曲线及不同温度下溶液蒸汽压力
‑
浓度（p
‑
x）曲线，分别利用垂直与p,t坐标轴的直线截取相关参数，并利用绘制气液二相（t
‑
x）曲线。成功将便于测量的温度
‑
压力（t
‑
p）曲线及溶液蒸汽压力
‑
浓度（p
‑
x）曲线的参数转化为气液二相（t
‑
x）曲线中不易测量的参数。
附图说明
23.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。其中：
24.图1为根据本技术的一些实施例提供的测定溶液气液二相线的实验装置的结构示意图；
25.图2为图1所示实施例的俯视图；
26.图3为图1所示实施例中的局部结构的放大图；
27.图4为本技术的测定溶液气液二相线的实验装置测得的t
‑
p曲线示意图；
28.图5为本技术的测定溶液气液二相线的实验装置测得的p
‑
x曲线示意图。
29.附图标记说明：
30.100
‑
空气排除装置；200
‑
实验容器；300
‑
温度调节装置；400
‑
参数测定装置；500
‑
冷凝装置；600
‑
实验台；
31.110
‑
第一真空泵；120
‑
负压容器；130
‑
第一阀门；140
‑
排气导管；141
‑
抽气段导管；142
‑
连通段导管；
32.410
‑
温度测定装置；420
‑
压力测定装置；421
‑
压力输送器；422
‑
电导线；423
‑
压力显示仪表；430
‑
盐度分析仪；
33.510
‑
蒸汽输送导管；511
‑
第二阀门；520
‑
冷凝器；530
‑
连接件；540
‑
第二真空泵。
具体实施方式
34.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。各个示例通过本技术的解释的方式提供而非限制本技术。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本技术的范围或精神的情况下，可在本技术中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本技术包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
35.在本技术的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术而不是要求本技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。本技术中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
36.如图1
‑
图3所示，该测定溶液气液二相线的实验装置，包括：实验容器200、温度调节装置300、空气排除装置100、冷凝装置500和参数测定装置400；实验容器200为密封容器，用于盛装待测液体（本领域技术人员根据实际应用的需要选用现有技术中合适的容器；例如，锥形瓶、单口烧瓶、三口烧瓶等，不再赘述）；温度调节装置300与实验容器200接触设置，用于调节实验容器200内的待测液体的温度；空气排除装置100包括第一真空泵110和排气导管140，第一真空泵110通过排气导管140与实验容器200连通，排气导管140上设有第一阀门130，空气排除装置100用于排除实验容器200内的空气；冷凝装置500包括蒸汽输送导管510和冷凝器520，冷凝器520的进气口通过蒸汽输送导管510与实验容器200相连，蒸汽输送导管510上设有第二阀门511，冷凝器520用于对实验容器200内形成的蒸汽进行冷凝以得到冷凝液；参数测定装置400包括温度测定装置410、压力测定装置420和盐度分析仪430，温度测定装置410的探测端设于实验容器200内，并与待测液体接触，用于对实验容器200内的待测液体的温度进行检测，压力测定装置420的探测端设于实验容器200内，用于对实验容器200内形成的蒸汽的压力进行检测，盐度分析仪430与冷凝器520的出液口相连，用于对冷凝液的盐度进行检测。该测定溶液气液二相线的实验装置可放置于实验台600上进行操作。
37.在本技术实施例中，实验装置还包括负压容器120（本领域技术人员根据实际应用的需要选用现有技术中合适的容器；例如，锥形瓶、单口烧瓶、三口烧瓶等；此外，本领域技术人员根据实际需要，可通过密封塞等的使用来保证缓冲容器的气密性；此处不再赘述），排气导管140包括抽气段导管141和连通段导管142；第一真空泵110与负压容器120之间通过抽气段导管141相连；负压容器120与实验容器200之间通过连通段导管142相连；第一阀门130设置在连通段导管142上。
38.在本技术实施例中，负压容器120为锥形瓶，负压容器120的开口处设有第一密封塞。
39.在本技术实施例中，实验装置还包括第二真空泵540和连接件530；连接件530具有相连通的第一端口、第二端口和第三端口；第一端口与冷凝器520（例如，可选用冷凝管等）的出液口相连，第二端口与盐度分析仪430相连，第三端口与第二真空泵540相连；第二真空泵540用于辅助将实验容器200内产生的蒸汽抽入冷凝器520（可选的，实际使用过程中第二真空泵540的功率小于第一真空泵110的功率）中。
40.在本技术实施例中，连接件530为三相阀。
41.在本技术实施例中，实验容器200为带有蒸汽出口的锥形瓶，锥形瓶的开口处设有第二密封塞；蒸汽出口呈倾斜向下延伸，蒸汽出口通过蒸汽输送导管510连接于冷凝器520的进气口。
42.在本技术实施例中，温度测定装置410为温度计，温度计的探测端贯穿第二密封塞并伸入实验容器200内的待测液体中。
43.在本技术实施例中，压力测定装置420包括压力输送器421、电导线422和压力显示仪表423；压力输送器421的探测端贯穿第二密封塞并伸入实验容器200内（使压力输送器421的探测端在实验容器200中的空气完全排净后位于待测液体液面的上方），压力输送器421的另一端通过电导线422与压力显示仪表423相连。
44.在本技术实施例中，第一阀门130和/或第二阀门511为闸阀（可选的，第一阀门130和第二阀门511也可独立的选用本领域常用的其他可以调节管道开/关的阀门；此处不再赘述）。
45.温度调节装置300为水浴锅（可选的，温度调节装置300也可选用本领域其他常见的温度调节装置，包括但不限于油浴锅、电热套等），实验容器200设于水浴锅内。
46.下面以氯化钠溶液为例，采用本技术的测定溶液气液二相线的实验装置对氯化钠溶液的气液二相线进行测定。具体测定方法包括如下步骤：
47.步骤1，绘制不同浓度待测nacl溶液的温度
‑
压力（t
‑
p）曲线：将实验容器200装满待测nacl溶液，用第二密封塞塞住实验容器200上方的开口，隔绝外部空气（第二阀门511呈闭合状态）；打开第一真空泵110（和第一阀门130），使负压容器120内产生一个负压环境（第一密封塞塞住负压容器上方的开口），待其中真空度达到一定程度，实验容器200中的部分待测nacl溶液会延连通段导管142入负压容器120中，进而达到排除装有待测nacl溶液的实验容器200中的空气的效果，使实验容器200中的剩余nacl溶液的上部空间达到真空状态（随后使第一阀门130呈闭合状态），保证压力输送器421所测得的实验容器200内的压力全部由待测液体（nacl溶液）蒸发所致；在实验过程中，记录随温度测定装置410检测到的温度，及在相应温度下压力测定装置420检测到的压力值；得到待测nacl溶液在含盐量为x1时
的t
‑
p曲线；重复上述步骤，分别得到待测nacl溶液在含盐量为x2、x3、x4、x5……
x
n
时的t
‑
p曲线（可将所测得的不同含盐量（溶质的质量分数）nacl溶液的t
‑
p曲线放置于同一张图中；如图4所示）。
48.步骤2，绘制气相p
‑
x曲线：配置不同浓度待测nacl溶液，打开第二阀门511，记录实验容器200内的温度和蒸汽压力打开第二真空泵540（第二真空泵540的功率小于第一真空泵110）使溶液蒸汽通过冷凝器520冷凝，滴入盐度分析仪430，测定蒸汽盐度，转换为蒸汽浓度，进而绘制气相p
‑
x线（在相同温度下，测定不同压力条件下nacl蒸汽的含盐量x1、x2、x3、x4、x5……
x
n
）；改变温度，重复上述步骤，以得到不同温度t1、t2、t3、t4、t5……
t
n
下的气相p
‑
x曲线（不同温度下得到的多条p
‑
x线置于同一张图中；如图5所示）。
49.步骤3，在不同浓度下待测nacl溶液的温度
‑
压力曲线（p
‑
t）曲线中利用垂直于p轴的直线截取多个（t,x
i
）点，根据多点绘制液体蒸汽的压力
‑
浓度（t
‑
x）曲线，至此溶液液相（t
‑
x）曲线绘制完成；在不同温度下待测溶液压力
‑
蒸汽含盐度曲线（p
‑
x）中利用垂直于p轴的直线截取多个（t
‑
x）点，根据多点绘制待测溶液温度
‑
蒸汽含盐度（t
‑
x）图像，至此溶液气相t
‑
x曲线绘制完成；nacl溶液二相线绘制完成。
50.以上所述仅为本技术的优选实施例，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。