CN104865003B - 一种集成化液体饱和蒸汽压及汽化潜热联合测试*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成化液体饱和蒸汽压及汽化潜热联合测试***，包括液池***、抽气***、温控***、加热冷凝***和测量***，液池***包括反应容器和工质贮液球，抽气***包括复合式真空计和真空泵，温控***包括压缩机、蒸发器、电动机、搅拌器、加热管、调压器和恒温水浴槽，加热冷凝***包括冷媒贮液球、冷液泵、功率计量仪、可调直流稳压电源、冷凝器和加热片，测量***包括压力传感器、称重仪、数据采集记录仪和温度传感器。本发明所述测试***可对液体饱和蒸汽压及汽化潜热进行联合测量，压力控制稳定、温控能力强且一体集成性高、操作简便，极大地减少了实验误差，提高实验的准确性，增强了***测试功能。

Description

一种集成化液体饱和蒸汽压及汽化潜热联合测试***

技术领域

本发明涉及一种液体饱和蒸汽压测试***，尤其涉及一种集成化液体饱和蒸汽压及汽化潜热联合测试***。

背景技术

汽液相变是自然界中的一种物态变化，在化工、能源动力等许多工程领域都涉及到汽液相变过程，并可利用汽液相变的特点来进行物质的分离和传热。近年来，随着材料科学的迅猛发展，各种新型工质不断涌现，而相关基础热物理性质的数据十分缺乏，制约了新工质的应用及发展。饱和蒸汽压是指在一定温度下，密闭容器中液体气化速度与气体冷凝速度相等即液体和气体达到平衡状态时由蒸汽表现出来的压力，是液体工质开发与应用不可或缺的基础数据。一定饱和蒸汽压下，饱和液体变为饱和气体所需要的热量称为汽化潜热。相比单相液态或气态工质温度变化所吸收或释放的显热来说，汽化潜热远大于单相工质的显热。因此，利用工质的汽化潜热进行热量传递可以极大地提高工业生产中的热交换效率，进而提高生产效率。另外，准确而又持续稳定地控制生产温度在工业上进行传热过程时是非常困难的，而一定温度压力下发生的汽液相变又能很好的解决这一难点。总之，饱和蒸汽压及汽化潜热是汽液相变过程中的关键参数。饱和蒸汽压与汽化潜热不仅与液体工质种类有关，也与温度等条件有着重要联系。目前，关于各种新工质饱和蒸汽压及汽化潜热数据十分缺乏，如何准确获取相关测试数据需亟待解决。

静态法是目前较为普遍的测定液体饱和蒸气压的方法，基于静态法的传统液体饱和蒸汽压测量装置如图1所示，主要由水浴槽1、平衡管2、缓冲瓶3、抽气瓶4、第一三通阀5、第二三通阀6、第三三通阀8、温度计7、冷凝管9、搅拌棒10和压力计11构成，这种测量装置可直接测定液面上方蒸汽压力，测量数据误差相比其他方法较小，并适用于温度范围较大的液体工质饱和蒸汽压的测量。然而，这种测量装置存在以下缺陷：

第一，平衡管操作困难：原有平衡管在加入待测样品时，需要少量经多次加入，液体不能够自动进入储液球，需要通过对储液球进行加热冷却处理以使待测样品进入储液球，由于平衡管管径细，会导致管内空气较难排尽，测定数据不精确，同时易引起工质倒吸，导致实验失败；另外，清洗平衡管也存在很大的困难。

第二，压力***控制困难：液体上方的气体压力测量需在较高真空条件下进行，若液体上方残存杂质气体，将使液体饱和蒸气压测定值产生较大偏差，因而对装置的密闭性有较高要求；传统测量装置各接头处密闭性较差，很难将空气排尽；另外，使用三通阀进行气路控制，稳定性较差，压力控制不稳定导致液面平衡时间极短，往往会出现读数期间液面就已经发生改变，从而引起测量误差。

第三，温控能力较弱：传统测量装置的恒温水浴槽由于结构过于简单，热均匀性差，且工作方式为单向加热，自然降温的冷却效率较低；测温采用温度计肉眼读数方式，误差较大。

第四，测量装置各部件分散，体积庞大，每次实验时都需要取下各连接处进行密封处理，操作繁琐，密闭性差。

第五，测量装置缺少汽化潜热测试部件，仅能对液体饱和蒸汽压进行测量，不能同时测量汽化潜热，测试功能单一，使得液体饱和蒸汽压及汽化潜热往往是各自在独立的测量平台上进行测量，经济和时间成本都较高。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种测量精度高、加工成本低的集成化液体饱和蒸汽压及汽化潜热联合测试***。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种集成化液体饱和蒸汽压及汽化潜热联合测试***，包括液池***、抽气***、温控***、加热冷凝***和测量***，所述液池***包括反应容器和工质贮液球，所述抽气***包括复合式真空计和真空泵，所述温控***包括压缩机、蒸发器、电动机、搅拌器、加热管、调压器和恒温水浴槽，所述加热冷凝***包括冷媒贮液球、冷液泵、功率计量仪、可调直流稳压电源、冷凝器和加热片，所述测量***包括压力传感器、称重仪、数据采集记录仪和温度传感器；所述蒸发器、所述搅拌器、所述加热管和所述温度传感器和封闭的所述反应容器均置于所述恒温水浴槽内，所述压缩机与所述蒸发器连接并用于降温，所述电动机与所述搅拌器连接并用于搅拌，所述调压器与所述加热管连接并用于加热，所述工质贮液球与所述反应容器相通连接且其连接管上安装有控制阀门，所述真空泵与所述反应容器连接并用于抽真空，所述复合式真空计用于检测所述真空泵的真空度，所述温度传感器用于监测所述恒温水浴槽内的水浴温度；所述加热片置于所述反应容器内的下层，所述冷凝器和所述压力传感器均置于所述反应容器内的上层，所述可调直流稳压电源通过所述功率计量仪与所述加热片连接并用于加热，所述冷媒贮液球通过所述冷液泵与所述冷凝器连接并用于提供冷量以维持所述反应容器内的饱和蒸汽压，所述压力传感器用于测量所述反应容器内的饱和蒸汽压力，所述温度传感器的信号输出端和所述压力传感器的信号输出端分别与所述数据采集记录仪的信号输入端连接，所述称重仪置于所述反应容器的下方并用于测量所述反应容器的重量。

作为优选，所述液池***、所述抽气***、所述温控***、所述加热冷凝***和所述测量***均置于一个壳体内。

本发明的有益效果在于：

本发明所述集成化液体饱和蒸汽压及汽化潜热联合测试***可对液体饱和蒸汽压及汽化潜热进行联合测量，压力控制稳定、温控能力强且一体集成性高、操作简便，极大地减少了实验误差，提高实验的准确性，增强了***测试功能；具体表现为：

(1)本发明设计了封闭的反应容器代替传统的平衡管及压力控制***，并配有液池***和抽气***，易于实现反应容器内空气的排尽，待测工质可一次性注入，工质不易发生倒吸，操作方便，压力控制稳定；同时，由于采用模块化设计，反应容器也便于清洗；

(2)本发明在传统测试装置基础上改进了恒温水浴槽和加热装置，增加了冷却装置，配置了强制对流换热部件即搅拌器，提升了温控能力及精度；

(3)本发明采用整体集成设计，减小了测试***的零散性，增强了测试***的密闭性能，提升了实验可操作性；

(4)本发明在反应容器内的下层即液层内预埋加热片，在反应容器内的上层即气体层内安装冷凝器，使本测试***能实现气体潜热的测量，完善了测试功能。

附图说明

图1是基于静态法的传统液体饱和蒸汽压测量装置的结构示意图；

图2是本发明所述集成化液体饱和蒸汽压及汽化潜热联合测试***的结构示意图，图中示出了内部结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图2所示，本发明所述集成化液体饱和蒸汽压及汽化潜热联合测试***，包括均置于一个壳体20内的液池***、抽气***、温控***、加热冷凝***和测量***，所述液池***包括反应容器29和工质贮液球32，所述抽气***包括复合式真空计37和真空泵38，所述温控***包括压缩机25、蒸发器26、电动机27、搅拌器28、加热管34、调压器35和恒温水浴槽42，所述加热冷凝***包括冷媒贮液球21、冷液泵22、功率计量仪23、可调直流稳压电源24、冷凝器30和加热片36，所述测量***包括压力传感器31、称重仪39、数据采集记录仪40和温度传感器41；蒸发器26、搅拌器28、加热管34和温度传感器41和封闭的反应容器29均置于恒温水浴槽42内，压缩机25与蒸发器26连接并用于降温，电动机27与搅拌器28连接并用于搅拌，调压器35与加热管34连接并用于加热，工质贮液球32与反应容器29相通连接且其连接管上安装有控制阀门33，真空泵38与反应容器29连接并用于抽真空，复合式真空计37用于检测真空泵38的真空度，温度传感器41用于监测恒温水浴槽42内的水浴温度；加热片36置于反应容器29内的下层，冷凝器30和压力传感器31均置于反应容器29内的上层，可调直流稳压电源24通过功率计量仪23与加热片36连接并用于加热，冷媒贮液球21通过冷液泵22与冷凝器30连接并用于提供冷量以维持反应容器29内的饱和蒸汽压，压力传感器31用于测量反应容器29内的饱和蒸汽压力，温度传感器41的信号输出端和压力传感器31的信号输出端分别与数据采集记录仪40的信号输入端连接，称重仪39置于反应容器29的下方并用于测量反应容器29的重量。图1中还示出了安装于压缩机25与蒸发器26之间、以及安装于真空泵38与反应容器29之间的管道上的控制阀门33。

如图2所示，本发明所述集成化液体饱和蒸汽压及汽化潜热联合测试***的实验步骤如下：

1、抽真空及注液过程：开启真空泵38与反应容器29之间的管道上的控制阀门33，启动真空泵38，对反应容器29内抽真空。待反应容器29内的真空度满足试验要求后，关闭该控制阀门33。开启工质贮液球32与反应容器29之间的连接管上的控制阀门33，工质贮液球32内的试验工质液体进入反应容器29中，这时，关闭该控制阀门33，完成抽真空及注液过程。

2、恒温水浴调节：开启调压器35，输出适当电压给加热管34，给水浴加热。同时，为了加快水浴内热交换，设计了强制对流部件即搅拌器28，对水浴内液体进行强制搅拌，增强换热，保证温度场均匀。当水浴需降温或冷却时，启动压缩机25，压缩机25的冷量通过蒸发器26传递给水浴，对水浴进行降温。通过数据采集记录仪40随时读取置水浴内温度传感器41的数据，进行温度监控。

3、饱和蒸汽压测量：待测工质进入真空的反应容器29后，会受到环境温度的影响，进行液气的转变。反应容器29内的压力传感器31会将压力数值实时传给数据采集记录仪40，待数值不再变化时，说明反应容器29内的气液状态达到平衡，此时的压力就是当前水浴温度下该工质的饱和蒸汽压。

4、潜热测量：待工质气液平衡后，对预埋在反应容器29内液体内部的加热片36加热，液体得到转变为气体的所需潜热，就会进行液-气转换。这时反应容器29内的压力会增高，影响潜热测试结果。为了保证压力恒定，设计了冷凝器30，气态工质接触到冷凝器30，再次释放潜热，会凝结成液态附着在冷凝器30中并落入收集装置。适当调节加热片36的功率及冷凝器30内冷液的流量，当压力再次稳定到水浴温度下的饱和蒸汽压时，说明反应容器29内再次达到动态平衡。这时，通过称重仪39记录单位时间内反应容器29的质量减少情况，同时记录加热片36的功率，即可计算试验工质的潜热。

说明：上述实验过程中涉及的实验方法，只是在本测试***的结构基础上进行测试的常规方法，其方法本身不是本发明的创新技术方案，不作保护。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (2)

1.一种集成化液体饱和蒸汽压及汽化潜热联合测试***，其特征在于：包括液池***、抽气***、温控***、加热冷凝***和测量***，所述液池***包括反应容器和工质贮液球，所述抽气***包括复合式真空计和真空泵，所述温控***包括压缩机、蒸发器、电动机、搅拌器、加热管、调压器和恒温水浴槽，所述加热冷凝***包括冷媒贮液球、冷液泵、功率计量仪、可调直流稳压电源、冷凝器和加热片，所述测量***包括压力传感器、称重仪、数据采集记录仪和温度传感器；所述蒸发器、所述搅拌器、所述加热管和所述温度传感器和封闭的所述反应容器均置于所述恒温水浴槽内，所述压缩机与所述蒸发器连接并用于降温，所述电动机与所述搅拌器连接并用于搅拌，所述调压器与所述加热管连接并用于加热，所述工质贮液球与所述反应容器相通连接且其连接管上安装有控制阀门，所述真空泵与所述反应容器连接并用于抽真空，所述复合式真空计用于检测所述真空泵的真空度，所述温度传感器用于监测所述恒温水浴槽内的水浴温度；所述加热片置于所述反应容器内的下层，所述冷凝器和所述压力传感器均置于所述反应容器内的上层，所述可调直流稳压电源通过所述功率计量仪与所述加热片连接并用于加热，所述冷媒贮液球通过所述冷液泵与所述冷凝器连接并用于提供冷量以维持所述反应容器内的饱和蒸汽压，所述压力传感器用于测量所述反应容器内的饱和蒸汽压力，所述温度传感器的信号输出端和所述压力传感器的信号输出端分别与所述数据采集记录仪的信号输入端连接，所述称重仪置于所述反应容器的下方并用于测量所述反应容器的重量。

2.根据权利要求1所述的集成化液体饱和蒸汽压及汽化潜热联合测试***，其特征在于：所述液池***、所述抽气***、所述温控***、所述加热冷凝***和所述测量***均置于一个壳体内。