一種低臨界溫度液體混合過量焓的變溫補償量熱裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種熱量的測量裝置，具體涉及一種低臨界溫度液體混合過程過 量焓的變溫補償量熱裝置。
【背景技術】
[0002] 對于多元液相混合體系來說，過量焓是至關重要的熱力學性質。在工業應用方面， 過量焓(反應熱）是化工工藝流程選擇、化工設備設計與化工生產控制的重要參數。在基礎 研究方面，過量焓參數表征了混合溶液偏離理想溶液的程度，反映了分子間相互作用力的 情況，是微觀分子結構與特性研究不可或缺的宏觀物理量。
[0003] 自從Hirobe提出量熱裝置的概念以來，量熱技術已經取得了長足的發展。目前， 適用于過量焓測量的量熱裝置主要有注入式量熱計、溫度滴定量熱計、熱導式量熱計和等 速流動量熱計。從測量原理上又可以分為溫差型量熱計和補償型量熱計。其中，注入式量熱 計既可以是溫差型的也可以是補償型的，溫度滴定量熱計和等速流動量熱計均為溫差型， 熱導式量熱計為補償型。
[0004] 上述量熱計均可以勝任常溫常壓條件下不揮發或揮發性很弱的液體的過量焓測 量。但是，當混合體系中的一種組分的揮發性很強，或者該組分由于臨界溫度很低，而在常 溫常壓條件下不能以液體形式存在時，以上幾種量熱計的應用將會受到很大的限制。
[0005] 注入式量熱計的測量原理是液態的被測溶液被置于特定的容器中并保持恒溫，然 后將另一種被測物質注入(落入）預先恒溫的溶液中，混合過程放熱引起量熱計溫度變化， 從而計算出混合過程的焓變。這種方式要求被測的物質必須是固體或揮發性很小的液體。 一旦有一種物質的揮發性很強，整個容器空間中將充滿該物質的蒸汽，會在注入(落入）之 前提前反應，影響測量結果。
[0006] 溫度滴定量熱法的基本原理是用一種被測物質滴定另一種被測物質，隨著加熱的 滴定物質的質量的變化，測量混合體系的溫度變化，從而確定混合過程的過量焓。該方法的 優點是可以測量一系列離散組分下的兩相混合物的過量焓，但是，該測量裝置僅適用于常 溫下的混合焓變的測量，并且同樣要求被測物質不具備很強的揮發性。因此對于臨界溫度 較低的液氨、液態co2等物質混合焓變測量方面的應用受到極大限制。
[0007] 熱導式量熱計一般為孿生結構，兩個結構完全相同的量熱腔分別作為參考系統和 測量系統，該結構的優點是能夠很好的抵消環境溫度分布或波動對測量系統溫度分布的影 響今而提高測量的精度和穩定性。但是該系統結構復雜，對于常壓下不為液態的物質的充 裝困難，同時使用的測量溫度為環境溫度。
[0008] 等速流動量熱計通過測量流量恒定的兩股待測液體混合前后的溫差來獲得兩種 液體混合過程的過量焓，可以用于測量低臨界溫度液體混合過程的過量焓，但是測量過程 測試效率偏低（調整一次流量僅能測出一個組分下的焓變)、對被測液體的消耗量較大，同 時低臨界溫度液體的氣化也會對混合的均勻性及測量的準確性產生較大的影響。
[0009] 現有專利溶解熱測定儀(專利號200620070790. 1 )、溶解熱測量儀(專利號 201120105349. 3)和一種溶解熱用雙層真空杜瓦瓶(專利號201320192180. 9)中報道的混合 過程焓變的測量裝置亦主要針對常溫常壓條件下的測量，不能很好的解決高壓條件下的罐 裝和混合過程的控制。
[0010] 綜上所述，現有的過量焓的測量裝置在非環境溫度條件下低臨界溫度液體混合過 程焓變的測量方面的應用都存在一定的限制。
【發明內容】
[0011] 為了克服現有技術的不足，本實用新型提供一種測量低臨界溫度液體混合過程過 量焓的變溫補償量熱裝置。本實用新型旨在解決三個主要難點問題：(i)充裝困難。由于要 求在混合發生前兩種被測液體的分子不能有任何的接觸，因而必須采取在線即時充裝的模 式，要求充裝速度快，且一旦開始充裝第二種液體，則整個測量過程即時開始。（2)測量效率 低。通常的量熱計一次充裝只能測量一個一定溫度和混合組分條件下的數據點，本實用新 型則從溶液的過量焓值為狀態參數的特性出發，實現了一次充裝可實現多個溫度條件下的 一系列過量焓的測試。|顯恒溫體系溫度變化幅度小，溫度測試精度難于保證。部分溫差型 的量熱計為了保證測量溫度的準確性，反應前后的溫差在0.01K以下。本實用新型合理的 設計了混合腔和恒溫測量腔的尺寸，同時恒溫腔中的熱容物質采用導熱系數高、熱容低的 物質，確保了混合過程溫升的明顯性。
[0012] 本實用新型的技術方案為：一種測量低臨界溫度液體混合過程過量焓的變溫補償 量熱裝置，包括以下幾部分：氣閥柄、〇型密封圈、〇型絕緣墊片、筒頂螺母、筒蓋、密封螺 蓋、密封壓環、氣閥螺栓、筒體、高壓內筒、加熱電阻、電磁攪拌棒、PT100熱電阻、導熱金屬 柱、K型熱電偶、鎧裝熱電偶、環形加熱電阻、計算機、可控電磁開關、數據采集儀、溫度控制 器、液壓動力裝置、真空栗、在線充注接口、真空腔室；各部分之間的裝配關系為：
[0013] 筒體呈U形狀，筒蓋置于筒體之上，所述筒蓋的中心設有一個圓孔，筒頂螺母位于 筒蓋的上部，所述氣閥螺栓穿過所述圓孔與筒頂螺母相連接，在筒頂螺母與筒蓋之間設有0 型密封圈，在氣閥螺栓的中部偏下位置設有凸沿，所述凸沿與筒蓋之間設有所述0型絕緣 墊片，氣閥螺栓的內部包括氣閥和氣閥柄，筒頂螺母的外側套著環形加熱電阻；高壓內筒通 過內部的螺紋固定在氣閥螺栓的下部，高壓內筒與凸沿之間設有內筒絕緣墊片，在筒體的 內部有電磁攪拌棒和加熱電阻；導熱金屬柱位于筒體的下方，導熱金屬柱與筒體之間涂有 導熱硅脂，在導熱金屬柱上等間距開了三個小孔，每個小孔中分別布置了一個K型熱電偶； 在筒體和筒蓋上分別安裝了 PT100熱電阻和鎧裝熱電偶，筒體和筒蓋安裝在真空腔室內 部，真空腔室通過管道與真空栗連接，真空腔室頂部安裝了所述液壓動力裝置，動力裝置下 端安裝可以配合氣閥的在線充注接口，在線充注接口與所述氣閥的軸線重合，在線充注接 口連接真空腔室外側的一個四通閥，所述四通閥分別與一個小型真空栗以及兩種溶液的儲 存容器連接，且與儲液裝置之間裝有質量流量計。K型熱電偶的信號被送往數據采集儀并儲 存在計算機中，PT100熱電阻和鎧裝熱電偶的溫度信號被分別送往數據采集儀和溫度控制 器，送往數據采集儀的數據經數據采集儀儲存在計算機中，送往溫度控制器的溫度信號作 為反饋信號使得溫度控制器發出信號控制電磁開關的通斷，保持測試筒溫度的恒定，同時 可控電磁開關通斷的信號也被送往計算機，用于對熱電阻加熱量的積分運算。
[0014] 所述氣閥與在線充注接口為工程中常用的密封與充注方式，可保證充注的及時性 和密封的可靠性；
[0015] 所述高壓內筒為不銹鋼材質的承壓容器，其內部是兩種溶液的混合空間；
[0016] 所述筒體為不銹鋼材質的非承壓容器，其內部為液相的熱容物質，要求該物質具 有高導熱系數和較低的熱容量，可以選取水銀或鈉鉀合金作為熱容物質；
[0017] 所述液壓動力裝置和真空栗均為工程中的常用裝置，可以很好的保證運行的可靠 性和穩定性；
[0018] 所述數據采集儀和計算機均可以通過市購的方式獲得；
[0019] 所述溫度控制器具有兩個反饋信號和兩個控制輸出，控制目標是使PT100熱電阻 和鎧裝熱電偶的實測溫度均與過量焓測試溫度相等。控制原理可視為串聯運行的兩個PID 控制器，第一個PID控制器的溫度目標值設為混合熱的測量溫度，是一個恒定值，反饋值為 實測的測量筒內部溫度，輸出信號控制內筒加熱電阻電源的通斷；第二個PID控制器的溫 度目標值設置為實測的測量筒內部溫度，是一個隨時間浮動的量，反饋值設為實測的筒頂 溫度，輸出信號控制環形加熱電阻電源的通斷。
[0020] 本實用新型存在以下有益效果：
[0021] 1)常溫常壓條件下為氣態或揮發性很強的物質在過量焓測量過程中普遍存在著 充裝困難、測試效率低的問題。本實用新型很好的解決了上述問題，即可以完美的實現即時 在線充裝，又可以一次充裝完成一系列溫度條件下過量焓的測量，同時還可以很好的解決 高溫高壓條件下的過量焓測試問題。
[0022] 2)與常規的過量焓測試實驗裝置相比較，該裝置有以下幾點優勢：
[0023] a.測試裝置適應性強，可以很好