一種可視化的氣體水合物動力學實驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及實驗技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可視化的氣體水合物動力學實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體水合物是由氣體分子(如甲燒、二氧化碳、氮氣、硫化氫等)與水分子在低溫高壓條件下生成的一種類冰狀的籠型晶體化合物。近年來，隨著氣體水合物研究的深入，發(fā)現(xiàn)利用氣體水合物進行氣體分離及儲運可以成為一種新型高效的工業(yè)技術(shù)。在模擬研究中，對氣體水合物的成核機制和性質(zhì)、儲氣能力等動力學性質(zhì)的研究是水合物法氣體分離及儲運技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)和前提條件，對于實際應(yīng)用具有直接的指導意義。
[0003]氣體水合物的形成過程是一個結(jié)晶動力學過程，包括晶體成核和晶體生長兩個過程。水合物晶體成核過程是指形成具有臨界尺寸的、穩(wěn)定的水合物晶核的過程。這個過程需要一個持續(xù)一定時間的誘導期，這個參數(shù)是評估飽和系統(tǒng)保持在亞穩(wěn)態(tài)下能力的參數(shù)，包含關(guān)于新相成核和生長動力學的有價值信息，且一般具有較高的不確定性。水合物晶體生長過程是指穩(wěn)定核快速生長成為宏觀水合物晶體的過程。其中，水合物的反應(yīng)速率及實際儲氣密度等參數(shù)對水合物法工業(yè)應(yīng)用意義重大。然而，氣體水合物的形成過程機理復(fù)雜、不易觀測是水合物動力學實驗研究的一個難點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一個可視化氣體水合物動力學實驗裝置，以用于不同體系氣體水合物晶體成核過程和生長過程中動力學參數(shù)的測定和晶核形態(tài)變化的觀測。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
[0006]—種可視化的氣體水合物動力學實驗裝置，包括:
[0007]可視電磁攪拌反應(yīng)釜，用于將釜體內(nèi)的實驗氣體和實驗液體進行混合反應(yīng)，生成和分解水合物；
[0008]穩(wěn)壓供預(yù)冷氣單元和排氣單元，用于向可視電磁攪拌反應(yīng)釜中提供預(yù)冷實驗氣和排氣;
[0009]進排液單元，用于向可視電磁攪拌反應(yīng)釜中注入和排放實驗液體；
[0010]溫度控制單元，用于控制可視電磁攪拌反應(yīng)釜的溫度變化；
[0011]數(shù)據(jù)采集處理單元，用于采集、處理、保存和分析水合物生成和分解過程中的動力學參數(shù)。
[0012]所述可視電磁攪拌反應(yīng)釜包括反應(yīng)釜和設(shè)置在反應(yīng)釜頂部的電磁攪拌裝置，該電磁攪拌裝置的攪拌葉伸入反應(yīng)釜釜體內(nèi)，反應(yīng)釜的側(cè)壁上鑲嵌有耐壓玻璃，反應(yīng)釜底部出口連接所述的進排液單元。
[0013]所述反應(yīng)釜內(nèi)腔底面呈錐形，底部中央設(shè)有進排液口。
[0014]所述穩(wěn)壓供預(yù)冷氣單元包括依次管路連接的氣瓶罐、進氣閥和活塞預(yù)冷容器，該活塞預(yù)冷容器包括用于調(diào)節(jié)氣源壓力的活塞及連接有預(yù)冷水浴以控制氣體溫度的水夾套，并在活塞預(yù)冷容器頂部出口的管路上依次經(jīng)由氣體干燥過濾器和單向閥后連接至所述可視電磁攪拌反應(yīng)釜。
[0015]所述氣體干燥過濾器的出口管路上還連接有進氣三通閥，該進氣三通閥的一個出口閥經(jīng)管路連接電動減壓閥的入口，進氣三通閥的另一個出口閥和電動減壓閥的出口管路共同連接至所述單向閥的入口。
[0016]所述排氣單元包括從可視電磁攪拌反應(yīng)釜頂部出口連出的排氣閥門和真空栗。
[0017]所述進排液單元包括從可視電磁攪拌反應(yīng)釜底部出口分別連出的進液閥和排液閥，進液閥的入口端設(shè)有用于計量反應(yīng)物的天平。
[0018]所述數(shù)據(jù)分析采集單元包括:
[0019]氣相和液相溫度傳感器、壓力傳感器，通過數(shù)據(jù)采集控制卡測量與記錄可視電磁攪拌反應(yīng)釜中氣相和液相的溫度、壓力；
[0020]氣體流量計、液體流量計、錄像機，通過信號線連接至計算機，用于記錄反應(yīng)釜內(nèi)供氣、供液及水合物形態(tài)變化情況；
[0021]氣相色譜儀，通過數(shù)據(jù)線連接計算機，用于分析獲取氣體組成。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0023](1)采用可視恒溫水浴和可視磁力攪拌反應(yīng)釜，且反應(yīng)釜視窗采用和反應(yīng)釜內(nèi)腔等高的窄縫式設(shè)計，并在反應(yīng)釜上有刻度尺作為參照，可以清楚地觀測到整個反應(yīng)釜內(nèi)水合物的形態(tài)變化和體積變化；反應(yīng)釜底部設(shè)計為錐形，并在底部中央有進排液口，便于在不開反應(yīng)釜蓋的情況下使實驗溶液完全排出，使動力學實驗可以重復(fù)連續(xù)進行，操作更加簡單方便。
[0024](2)恒溫水浴外設(shè)有探照燈和錄像機，可以記錄下反應(yīng)釜內(nèi)水合物成核階段及生長階段晶核的變化情況，為復(fù)雜的動力學性質(zhì)分析提供圖像依據(jù)。錄像機設(shè)置在水浴外，就無需防水耐壓等條件，可以大大降低設(shè)備成本。
[0025](3)該裝置設(shè)置有電動減壓閥，將壓力恒定誤差縮小至±0.5%，并可以通過計算機程序進行操作，提高恒壓供氣法動力學實驗精度。
[0026](4)該裝置通過氣體流量計、液體流量計等計量裝置精確測量實驗氣體和實驗液體的體積量，使實驗數(shù)據(jù)分析更加精確。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明可視化氣體水合物動力學實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明中反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]附圖標記說明:1、氣瓶罐；2、進氣閥；3、活塞預(yù)冷容器；4、預(yù)冷水浴；5、干燥過濾器；6、進氣三通閥；7、電動減壓閥；8、氣體流量計；9、單向閥；10、恒溫水??；11、反應(yīng)釜；12、電磁攪拌裝置；13、排氣閥門；14、排氣三通閥；15、真空栗；16、氣相色譜儀；17、天平；18、液體流量計；19、進液閥；20、排液閥；21、探照燈；22、錄像機；23、數(shù)據(jù)采集控制卡23 ;24、計算機；25、釜體；26、密封孔；27、刻度線；28、釜蓋；29、玻璃視窗；30、進排液口。
【具體實施方式】
[0030]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0031]實施例
[0032]如圖1、圖2所示，一種可視化的氣體水合物動力學實驗裝置，其特征在于，包括:
[0033]可視電磁攪拌反應(yīng)釜，用于將釜體內(nèi)的實驗氣體和實驗液體進行混合反應(yīng)，生成和分解水合物；
[0034]穩(wěn)壓供預(yù)冷氣單元和排氣單元，用于向可視電磁攪拌反應(yīng)釜中提供預(yù)冷實驗氣和排氣;
[0035]進排液單元，用于向可視電磁攪拌反應(yīng)釜中注入和排放實驗液體；
[0036]溫度控制單元，用于控制可視電磁攪拌反應(yīng)釜的溫度變化；
[0037]數(shù)據(jù)采集處理單元，用于采集、處理、保存和分析水合物生成和分解過程中的動力學參數(shù)。
[0038]下面對本發(fā)明的各個組成部分及其基本用途、工作過程和原理等進行介紹。
[0039]穩(wěn)壓供預(yù)冷氣單元，包括氣瓶罐1、進氣閥2、活塞預(yù)冷容器3、預(yù)冷水浴4、干燥過濾器5、進氣三通閥6、電動減壓閥7、氣體流量計8、單向閥9等。
[0040]氣瓶罐1與活塞預(yù)冷容器3連接，用作提供氣源；活塞預(yù)冷容器3中設(shè)置活塞，用于調(diào)節(jié)氣源壓力；活塞預(yù)冷容器3的水夾套連接至預(yù)冷水浴4，以此控制容器內(nèi)氣體的溫度，實現(xiàn)提供高壓預(yù)冷氣源的目的；電動減壓閥7通過氣體干燥過濾器5、高壓氣體流量計8、單向閥9后連接至可視電磁攪拌反應(yīng)釜，用作調(diào)節(jié)氣反應(yīng)釜11內(nèi)壓力，實現(xiàn)恒壓環(huán)境下進行實驗?zāi)M的目的。
[0041]可視電磁攪拌反應(yīng)釜，由高壓反應(yīng)釜11和電磁攪拌裝置12組成?？梢圆捎靡粋€圓柱形不銹鋼和耐壓玻璃組成高壓反應(yīng)釜11，該反應(yīng)釜11頂部可安裝電動磁力攪拌器，底部可連接安裝進排液單元。反應(yīng)釜11前后兩側(cè)鑲嵌耐壓玻璃，用于觀測反應(yīng)釜11內(nèi)水合物的形態(tài)變化，形成可視反應(yīng)釜11，并在耐壓玻璃兩側(cè)的不銹鋼密封裝置上刻有刻度線27，用作觀測反應(yīng)釜11內(nèi)水合物體積變化的參考標準。
[0042]在本實施例中，可視反應(yīng)釜11的釜體25和釜蓋28外形為圓柱形，內(nèi)腔底面設(shè)計為錐形，并設(shè)有進排液口 30，利于實驗溶液的進入和完全排出；反應(yīng)釜11前后兩側(cè)設(shè)計為窄縫式耐壓玻璃視窗29，便于觀測整個體系中水合物形態(tài)的變化；視窗兩側(cè)刻有刻度尺，可以作為觀測體系內(nèi)水合物體積變化的參照物和標尺，可以提高體系內(nèi)氣相體積的計算精度；視窗經(jīng)過密封孔26和不銹鋼反應(yīng)釜的釜體25密封連接，保證實驗設(shè)備的密封性。
[0043]電磁攪拌裝置12的攪拌速度通過調(diào)節(jié)步進電機轉(zhuǎn)速來調(diào)整，調(diào)整范圍為0?800rpmo在水合物動力學成核階段性質(zhì)測定時，可以研究電動攪拌速度對成核性質(zhì)的影響。
[0044]進排液單元，由天平17、液體流量計18、進液閥19和排液閥20組成。配置好的實驗溶液在天平17上稱量好之后，通過液體流量計18、進液閥19后由管線連接至反應(yīng)釜11中，用于向反應(yīng)釜11內(nèi)提供實驗溶液。