[发明专利]利用容量法测量气固化学反应速率的测试装置及测试方法

权利要求书

1.一种利用容量法测量气固化学反应速率的测试装置，其特征是该装置共由待测气系统、真空系统、气体测量系统、气固反应系统、加热系统和数据采集系统六大部分组成；

其中测试装置的待测气系统由待测气气瓶（1）、气体减压阀（2）、待测气电磁阀（3）和待测气连接法兰（4）组成；气体减压阀（2）通过高压密封螺纹与待测气气瓶（1）相连，待测气电磁阀（3）通过管路与气体减压阀（2）和待测气连接法兰（4）相连，待测气连接法兰（4）用于待测气系统与中间储气罐（5）的连接；

测试装置的真空系统由真空连接法兰（11）、真空电磁阀（12）和真空泵（13）组成；真空系统通过真空连接法兰（11）与中间储气罐（5）相接，真空泵（13）、真空电磁阀（12）和真空连接法兰（11）通过管路相连；

测试装置的气体测量系统由中间储气罐（5）、中间储气罐热电偶套管（6）、中间储气罐热电偶（7）、均压连接法兰（8）、中间储气罐测压连接法兰（9）和中间储气罐压力传感器（10）组成；中间储气罐热电偶（7）放在中间储气罐热电偶套管（6）内，中间储气罐热电偶套管（6）伸入中间储气罐（5）内，通过焊接工艺与中间储气罐（5）连接在一起，中间储气罐压力传感器（10）通过中间储气罐测压连接法兰（9）与中间储气罐（5）相连，中间储气罐（5）通过均压连接法兰（8）与均压电磁阀（14）相连；

测试装置的气固反应系统由均压电磁阀（14）、反应罐压力传感器（15）、气固反应罐下端（21）、气固反应罐上端（22）、气体测温电偶套管（23）、气体测温热电偶（24）组成；气体测温热电偶（24）放在气体测温电偶套管（23）内，气体测温电偶套管（24）放入气固反应罐下端（21）内，气固反应罐上端（22）与气固反应罐下端（21）用连接法兰（20）密封；反应罐压力传感器（15）通过螺纹安装在气管上；

测试装置的气体加热系统由加热丝（27）、均热金属片（26）、控温热电偶（25）、加热线（19）和控温仪表（18）组成；加热丝（27）通过绝缘材料均匀缠绕在均热金属片（26）内部，通过加热线（19）与控温仪表（18）相连，控温热电偶（25）放在均热金属片（26）内部，与气固反应罐下端（21）紧密接触，均热金属片（26）环绕在气固反应罐下端（21）外围，其底端通过金属压边工艺切合在一起，均热金属片（26）将加热丝（27）产生的热量均匀分布在气固反应罐下端（21）的外壁；

测试装置数据采集系统由采集与控制电路板（17）和主控制电脑（16）组成；采集与控制电路板（17）将中间储气罐热电偶（7）、气体测温热电偶（24）、中间储气罐压力传感器（10）和反应罐压力传感器（15）传入的电压或电流模拟信号转化为数字信号后传入主控制电脑（16）作为计算数据；当压力条件满足设定要求时，主控制电脑（16）向采集与控制电路板（17）发送数字开关指令，采集与控制电路板（17）将数字信号转化为电压信号，驱动待测气电磁阀（3）、真空电磁阀（12）或均压电磁阀（14）打开或闭合，实现程序的自动控制。

2.如权利要求1所述利用容量法测量气固化学反应速率的测试装置，其特征是测试装置中间储气罐热电偶套管（6）和气体测温电偶套管（23）前端经过减薄加工处理。

3.如权利要求1所述利用容量法测量气固化学反应速率的测试装置，其特征是均热金属片采用导热性能良好的不锈钢材质。

4.一种利用权利要求1所述的测试装置测量气固化学反应速率的测试方法，其特征是测试过程如下：首先，将脱硫剂放入气固反应罐内，用法兰密封反应罐上下两部分，打开控温仪表，设定加热的温度，对气固反应罐进行温度的控制，打开主控制电脑和采集与控制电路板；然后，打开真空泵，打开真空电磁阀、均压电磁阀和待测气电磁阀，对气路和罐体进行抽真空，除去杂质气体，当压力达到指定的值时，关闭真空电磁阀、待测气电磁阀和均压电磁阀，打开待测气气瓶，当气体减压阀压力调整到指定压力值时，打开待测气电磁阀，当中间储气罐压力传感器所测的压力值和中间储气罐热电偶所测的温度稳定后，记录中间储气罐内气体的压力值和温度值，由于中间储气罐体积可以测量得到，根据气体状态方程计算进入中间储气罐气体的摩尔数；然后，待气固反应罐中的测温热电偶的数值与控温仪表设定值的差恒定时，记录反应罐压力传感器的压力值和气体测温热电偶的温度值，根据气固反应罐体积和所装固体体积计算气固反应罐上部空间气体体积，再根据气体状态方程计算固体蒸汽的摩尔数；此时，打开均压电磁阀，由于中间储气罐内气体压力高于气固反应罐内压力，中间储气罐内的气体经均压电磁阀进入气固反应罐，与固体发生化学反应，当中间储气罐压力传感器所测的压力数值与反应罐压力传感器所测的压力值差值恒定时，关闭均压电磁阀，通过采集与控制电路板记录气固反应罐内压力随时间的变化值，根据道尔顿的分压定律可以计算出气固反应罐内气体减少的摩尔数，从而计算出气固反应的速率。