一種可視化的氣體水合物動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可視化的氣體水合物動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)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?dú)狻⒘蚧瘹涞?與水分子在低溫高壓條件下生成的一種類(lèi)冰狀的籠型晶體化合物。近年來(lái)，隨著氣體水合物研究的深入，發(fā)現(xiàn)利用氣體水合物進(jìn)行氣體分離及儲(chǔ)運(yùn)可以成為一種新型高效的工業(yè)技術(shù)。在模擬研究中，對(duì)氣體水合物的成核機(jī)制和性質(zhì)、儲(chǔ)氣能力等動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的研究是水合物法氣體分離及儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)和前提條件，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用具有直接的指導(dǎo)意義。
[0003]氣體水合物的形成過(guò)程是一個(gè)結(jié)晶動(dòng)力學(xué)過(guò)程，包括晶體成核和晶體生長(zhǎng)兩個(gè)過(guò)程。水合物晶體成核過(guò)程是指形成具有臨界尺寸的、穩(wěn)定的水合物晶核的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程需要一個(gè)持續(xù)一定時(shí)間的誘導(dǎo)期，這個(gè)參數(shù)是評(píng)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(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的有價(jià)值信息，且一般具有較高的不確定性。水合物晶體生長(zhǎng)過(guò)程是指穩(wěn)定核快速生長(zhǎng)成為宏觀水合物晶體的過(guò)程。其中，水合物的反應(yīng)速率及實(shí)際儲(chǔ)氣密度等參數(shù)對(duì)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(guò)程機(jī)理復(fù)雜、不易觀測(cè)是水合物動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的一個(gè)難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一個(gè)可視化氣體水合物動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，以用于不同體系氣體水合物晶體成核過(guò)程和生長(zhǎng)過(guò)程中動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)定和晶核形態(tài)變化的觀測(cè)。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)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(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括:
[0007]可視電磁攪拌反應(yīng)釜，用于將釜體內(nèi)的實(shí)驗(yàn)氣體和實(shí)驗(yàn)液體進(jìn)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(shí)驗(yàn)氣和排氣;
[0009]進(jìn)排液?jiǎn)卧?，用于向可視電磁攪拌反?yīng)釜中注入和排放實(shí)驗(yàn)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(guò)程中的動(dòng)力學(xué)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(jìn)排液?jiǎn)卧?br>[0013]所述反應(yīng)釜內(nèi)腔底面呈錐形，底部中央設(shè)有進(jìn)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(jìn)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(guò)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(guò)濾器的出口管路上還連接有進(jìn)氣三通閥，該進(jìn)氣三通閥的一個(gè)出口閥經(jīng)管路連接電動(dòng)減壓閥的入口，進(jìn)氣三通閥的另一個(gè)出口閥和電動(dòng)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(mén)和真空栗。
[0017]所述進(jìn)排液?jiǎn)卧◤目梢曤姶艛嚢璺磻?yīng)釜底部出口分別連出的進(jìn)液閥和排液閥，進(jìn)液閥的入口端設(shè)有用于計(jì)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(guò)數(shù)據(jù)采集控制卡測(cè)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(jì)、液體流量計(jì)、錄像機(jī)，通過(guò)信號(hào)線連接至計(jì)算機(jī)，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(guò)數(shù)據(jù)線連接計(jì)算機(jī)，用于分析獲取氣體組成。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)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(jì)，并在反應(yīng)釜上有刻度尺作為參照，可以清楚地觀測(cè)到整個(gè)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(jì)為錐形，并在底部中央有進(jìn)排液口，便于在不開(kāi)反應(yīng)釜蓋的情況下使實(shí)驗(yàn)溶液完全排出，使動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)可以重復(fù)連續(xù)進(jìn)行，操作更加簡(jiǎn)單方便。
[0024](2)恒溫水浴外設(shè)有探照燈和錄像機(jī)，可以記錄下反應(yīng)釜內(nèi)水合物成核階段及生長(zhǎng)階段晶核的變化情況，為復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)分析提供圖像依據(jù)。錄像機(jī)設(shè)置在水浴外，就無(wú)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(dòng)減壓閥，將壓力恒定誤差縮小至±0.5%，并可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行操作，提高恒壓供氣法動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)精度。
[0026](4)該裝置通過(guò)氣體流量計(jì)、液體流量計(jì)等計(jì)量裝置精確測(cè)量實(shí)驗(yàn)氣體和實(shí)驗(yàn)液體的體積量，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析更加精確。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是本發(fā)明可視化氣體水合物動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)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(biāo)記說(shuō)明:1、氣瓶罐；2、進(jìn)氣閥；3、活塞預(yù)冷容器；4、預(yù)冷水??；5、干燥過(guò)濾器；6、進(jìn)氣三通閥；7、電動(dòng)減壓閥；8、氣體流量計(jì)；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(mén)；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(jì)；19、進(jìn)液閥；20、排液閥；21、探照燈；22、錄像機(jī)；23、數(shù)據(jù)采集控制卡23 ;24、計(jì)算機(jī)；25、釜體；26、密封孔；27、刻度線；28、釜蓋；29、玻璃視窗；30、進(jìn)排液口。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0031]實(shí)施例
[0032]如圖1、圖2所示，一種可視化的氣體水合物動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)氣體和實(shí)驗(yàn)液體進(jìn)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(shí)驗(yàn)氣和排氣;
[0035]進(jìn)排液?jiǎn)卧?，用于向可視電磁攪拌反?yīng)釜中注入和排放實(shí)驗(yàn)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(guò)程中的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
[0038]下面對(duì)本發(fā)明的各個(gè)組成部分及其基本用途、工作過(guò)程和原理等進(jìn)行介紹。
[0039]穩(wěn)壓供預(yù)冷氣單元，包括氣瓶罐1、進(jìn)氣閥2、活塞預(yù)冷容器3、預(yù)冷水浴4、干燥過(guò)濾器5、進(jìn)氣三通閥6、電動(dòng)減壓閥7、氣體流量計(jì)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(shí)現(xiàn)提供高壓預(yù)冷氣源的目的；電動(dòng)減壓閥7通過(guò)氣體干燥過(guò)濾器5、高壓氣體流量計(jì)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(shí)現(xiàn)恒壓環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?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。可以采用一個(gè)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(dòng)磁力攪拌器，底部可連接安裝進(jìn)排液?jiǎn)卧?。反?yīng)釜11前后兩側(cè)鑲嵌耐壓玻璃，用于觀測(cè)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(cè)反應(yīng)釜11內(nèi)水合物體積變化的參考標(biāo)準(zhǔn)。
[0042]在本實(shí)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(jì)為錐形，并設(shè)有進(jìn)排液口 30，利于實(shí)驗(yàn)溶液的進(jìn)入和完全排出；反應(yīng)釜11前后兩側(cè)設(shè)計(jì)為窄縫式耐壓玻璃視窗29，便于觀測(cè)整個(gè)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(cè)體系內(nèi)水合物體積變化的參照物和標(biāo)尺，可以提高體系內(nèi)氣相體積的計(jì)算精度；視窗經(jīng)過(guò)密封孔26和不銹鋼反應(yīng)釜的釜體25密封連接，保證實(shí)驗(yàn)設(shè)備的密封性。
[0043]電磁攪拌裝置12的攪拌速度通過(guò)調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整，調(diào)整范圍為0?800rpmo在水合物動(dòng)力學(xué)成核階段性質(zhì)測(cè)定時(shí)，可以研究電動(dòng)攪拌速度對(duì)成核性質(zhì)的影響。
[0044]進(jìn)排液?jiǎn)卧?，由天?7、液體流量計(jì)18、進(jìn)液閥19和排液閥20組成。配置好的實(shí)驗(yàn)溶液在天平17上稱量好之后，通過(guò)液體流量計(jì)18、進(jìn)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(shí)驗(yàn)溶液。