一种用于低温临界温度分子扩散系数测量的专用Taylor装置的制作方法

一种用于低温临界温度分子扩散系数测量的专用taylor装置
技术领域
1.本发明涉及分子扩散技术领域，尤其是涉及一种用于低温临界温度分子扩散系数测量的专用taylor装置。


背景技术：

2.扩散现象是自然界中自发存在的一种重要的分子运输机制，当流体内部某一组分存在浓度差时，则因微观的分子热运动使组分从浓度高处扩散到浓度低处，这种现象称为分子扩散。分子扩散系数(以下简称“扩散系数”)是物质的物性常数之一，表示物质在介质中的扩散能力。扩散系数随介质的种类、温度、浓度及压力的不同而不同。组分在气体中扩散时浓度的影响可以忽略，在液体中扩散时浓度的影响不可忽略，而压力的影响不显著。
3.扩散系数作为一项重要的热物性参数被广泛的应用在工业生产、化工设计、大气污染控制等诸多领域中，如输送天然气，吸收式热泵中工质循环和分析气候演变等。扩散系数一般由实验确定。扩散系数的测量方法主要分为两类：一类是非接触法，如光学干涉法；一类是接触法，其中具有代表性之一的是taylor分散法。
4.但是在采用taylor分散法来测量两种组分的相互扩散系数时，传统的taylor扩散槽只能实现常温常压的两种液相组分的扩散系数测量。但对于类似液氨这种低温临界温度组分的扩散系数的测量难以实现。
5.鉴于以上原因，设计一种用于低温临界温度分子扩散系数测量的专用taylor装置是很有必要的。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种用于低温临界温度分子扩散系数测量的专用taylor装置,解决了低温临界温度组分无法在常温常压下测定相互扩散系数的问题，而且还实现了便捷快速调配浓/稀溶液并注入待测区域，操作相对简单，提高了测试系统的安全性。
7.为实现上述目的，本发明提供了一种用于低温临界温度分子扩散系数测量的专用taylor装置，包括扩散槽主体、与所述扩散槽主体连接的恒温被测定组分进出液系统、与所述恒温被测定组分进出液系统连接的浓稀组分溶液制备系统和与所述浓稀组分溶液制备系统连接的废气回收器；
8.所述扩散槽主体包括保温外壳、设置在所述保温外壳前后侧的真空保温玻璃板和扩散挡板，所述扩散挡板设置在所述保温外壳的内部，将所述保温外壳的内部空间分为扩散单元和稳定流动单元，所述稳定流动单元设置在所述扩散单元的下方，所述扩散挡板上设置有若干个扩散孔；
9.所述浓稀组分溶液制备系统包括低温密闭溶液罐、与所述低温密闭溶液罐连接的pid温控器和与所述pid温控器连接的变压器，所述变压器上连接有电磁搅拌器，所述电磁搅拌器上设置有线圈，所述线圈的下方设置有加热器，所述加热器设置在所述电磁搅拌器内部。
10.优选的，所述恒温被测定组分进出液系统包括与所述稳定流动单元连接的保温三通接头、与所述保温三通接头连接的废液罐和与所述保温三通接头连接的出溶液泵，所述出溶液泵与所述低温密闭溶液罐连接，所述低温密闭溶液罐上连接有第一保温输液管，所述第一保温输液管的另一端与所述扩散单元连接。
11.优选的，所述第一保温输液管上设置有进溶液泵和第一截止阀，所述第一截止阀靠近所述低温密闭溶液罐。
12.优选的，所述低温密闭溶液罐上连接有第二保温输液管，所述第二保温输液管的另一端与所述扩散单元连接，靠近所述扩散单元的所述第二保温输液管上设置有第二截止阀。
13.优选的，所述低温密闭溶液罐与所述废气回收器之间的通气管上设置有第三截止阀。
14.优选的，所述出溶液泵与所述低温密闭溶液罐之间设置有第四截止阀。
15.优选的，所述废液罐与所述保温三通接头之间设置有第五截止阀。
16.优选的，所述稳定流动单元的高度小于所述扩散单元的高度。
17.因此，本发明采用上述结构的一种用于低温临界温度分子扩散系数测量的专用taylor装置，解决了低温临界温度组分无法在常温常压下测定相互扩散系数的问题，而且还实现了便捷快速调配浓/稀溶液并注入待测区域，操作相对简单，提高了测试系统的安全性。
18.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
19.图1为本发明一种用于低温临界温度分子扩散系数测量的专用taylor装置实施例的结构示意图；
20.图2为本发明一种用于低温临界温度分子扩散系数测量的专用taylor装置实施例的扩散槽主体的结构示意图。
具体实施方式
21.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
22.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
23.实施例
24.图1为本发明一种用于低温临界温度分子扩散系数测量的专用taylor装置实施例的结构示意图，图2为本发明一种用于低温临界温度分子扩散系数测量的专用taylor装置
实施例的扩散槽主体的结构示意图。如图所示，本发明提供了一种用于低温临界温度分子扩散系数测量的专用taylor装置，包括扩散槽主体1、与扩散槽主体1连接的恒温被测定组分进出液系统2、与恒温被测定组分进出液系统2连接的浓稀组分溶液制备系统3和与浓稀组分溶液制备系统3连接的废气回收器4。
25.扩散槽主体1包括保温外壳11、设置在保温外壳11前后侧的真空保温玻璃板12和扩散挡板13，扩散挡板13设置在保温外壳11的内部，将保温外壳11的内部空间分为扩散单元14和稳定流动单元15，稳定流动单元15设置在扩散单元14的下方，扩散挡板13上设置有若干个扩散孔16。稳定流动单元15的高度小于扩散单元14的高度。真空保温玻璃板的前后两侧采用真空玻璃材料，两侧采用铝制保温层材料。一是可以起到维持类似液氨等低温临界温度组分在低温状态下的温度环境，防止组分挥发，影响实验结果的精确度；二是由于玻璃材料和铝制品表面的氧化铝成分都是化学性质稳定的材料，可以预防被测定组分对扩散槽进行腐蚀。扩散单元和稳定流动单元的尺寸分别为15*15*100mm3和15*15*20mm3。扩散单元和稳定流动单元由尺寸厚度为3mm的扩散挡板隔开，上面排列有直径为0.5mm的扩散孔来连接上下两个单元。
26.浓稀组分溶液制备系统3包括低温密闭溶液罐31、与低温密闭溶液罐31连接的pid温控器32和与pid温控器32连接的变压器33，变压器33上连接有电磁搅拌器34，电磁搅拌器34上设置有线圈35，线圈35的下方设置有加热器36，加热器36设置在电磁搅拌器34内部。该系统的核心部件是低温密闭溶液罐，将含有低温临界温度组分的一定浓度混合溶液注入到低温密闭溶液罐中作为该实验的稀溶液使用。浓溶液的制备过程无需重新调配，只需通过计算低温临界温度组分在一定温度下的挥发程度，在电磁搅拌器的作用下，将作为溶剂的低温临界温度组分进行定量的挥发，使溶液的浓度上升到预期实验浓度，继续进行试验。pid温控器的作用，是控制含有低温临界温度组分的溶液在一个恒定的温度下进行挥发，创造一个稳定的挥发条件，准确的控制溶剂的挥发量。
27.恒温被测定组分进出液系统2包括与稳定流动单元15连接的保温三通接头21、与保温三通接头21连接的废液罐22和与保温三通接头21连接的出溶液泵23，出溶液泵23与低温密闭溶液罐31连接，低温密闭溶液罐31上连接有第一保温输液管24，第一保温输液管24的另一端与扩散单元14连接。第一保温输液管24上设置有进溶液泵25和第一截止阀26，第一截止阀26靠近低温密闭溶液罐31。低温密闭溶液罐31上连接有第二保温输液管27，第二保温输液管27的另一端与扩散单元14连接，靠近扩散单元14的第二保温输液管27上设置有第二截止阀28。低温密闭溶液罐31与废气回收器4之间的通气管上设置有第三截止阀29。出溶液泵23与低温密闭溶液罐31之间设置有第四截止阀20。废液罐22与保温三通接头21之间设置有第五截止阀201，低温密闭溶液罐上连接有第六截止阀202。该系统主要由保温输液管和截止阀构成，在完成含有低温临界温度组分作为溶剂的浓/稀溶液注入和抽出的同时，实现平衡实验装置的内部压强，既保证测定的精确度，也提高了测试系统的安全性。
28.测定方法：
29.以液氨
‑
离子液体[na(tx
‑
7)]scn为例，测定nh3/[na(tx
‑
7)]scn的相互扩散系数。
[0030]
第一步，确定实验浓/稀溶液的浓度，寻求数量关系，通过计算求得低温临界温度组分(液氨)的挥发量，进而确定pid温控器控温温度和加热时间。
[0031]
第二步，检查装置密闭性后，关闭所有阀门，将整个taylor扩散槽系统通过定制的
支脚固定在光学平台上。打开第六截止阀和第三截止阀，开启废气回收器。将一定量的[na(tx
‑
7)]scn和液氨通过第六截止阀左侧的进液口依次注入后，关闭第六截止阀和第三截止阀。将线圈通电，在磁场的作用下，电磁搅拌器开始旋转，在两种组分充分混合后，关闭线圈电源。此时在保温密闭溶液罐中已调配好稀溶液。
[0032]
第三步，开启第一截止阀和第二截止阀，开启进溶液泵，将低温密闭溶液罐中的稀溶液通过扩散槽上方的进液口注入到扩散槽上方的扩散单元。等其扩散单元液面达到合适高度后，关闭截止阀第一、第二截止阀和进溶液泵。
[0033]
第四步，开启第三截止阀，设定pid温控器的恒定温度和加热时间，开启pid温控器电源。同时开启线圈电源，在电磁搅拌器的协助作用下，低温临界组分(液氨)进行挥发，使溶液浓度逐渐上升，一直达到设定浓度。关闭pid温控器和电磁搅拌器带电源。关闭第三截止阀。此时在保温密闭溶液罐中已调配好浓溶液。
[0034]
第五步，开启第二截止阀和第四截止阀，开始进溶液泵，将低温密闭溶液罐中的浓溶液通过扩散槽下方的出溶液泵填充满扩散槽下方的稳定流动单元，此过程可能需要1
‑
2分钟。稳定流动单元的空气通过微孔逸出并在扩散池中形成气泡。气泡停止时，计时器开始计时。全息干涉图每900秒用ccd相机记录一次，获取后期实验数据。
[0035]
第六步，实验结束后，开启第五截止阀，将扩散槽和低温密闭溶液罐的废液注入到废液罐中，实验结束。
[0036]
因此，本发明采用上述结构的一种用于低温临界温度分子扩散系数测量的专用taylor装置，解决了低温临界温度组分无法在常温常压下测定相互扩散系数的问题，而且还实现了便捷快速调配浓/稀溶液并注入待测区域，操作相对简单，提高了测试系统的安全性。
[0037]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。