[发明专利]一种低临界温度液体混合过量焓的变温补偿量热装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种热量的测量装置，具体涉及一种低临界温度液体混合过程过量焓的变温补偿量热装置。

背景技术

对于多元液相混合体系来说，过量焓是至关重要的热力学性质。在工业应用方面，过量焓(反应热)是化工工艺流程选择、化工设备设计与化工生产控制的重要参数。在基础研究方面，过量焓参数表征了混合溶液偏离理想溶液的程度，反映了分子间相互作用力的情况，是微观分子结构与特性研究不可或缺的宏观物理量。

自从Hirobe提出量热装置的概念以来，量热技术已经取得了长足的发展。目前，适用于过量焓测量的量热装置主要有注入式量热计、温度滴定量热计、热导式量热计和等速流动量热计。从测量原理上又可以分为温差型量热计和补偿型量热计。其中，注入式量热计既可以是温差型的也可以是补偿型的，温度滴定量热计和等速流动量热计均为温差型，热导式量热计为补偿型。

上述量热计均可以胜任常温常压条件下不挥发或挥发性很弱的液体的过量焓测量。但是，当混合体系中的一种组分的挥发性很强，或者该组分由于临界温度很低，而在常温常压条件下不能以液体形式存在时，以上几种量热计的应用将会受到很大的限制。

注入式量热计的测量原理是液态的被测溶液被置于特定的容器中并保持恒温，然后将另一种被测物质注入(落入)预先恒温的溶液中，混合过程放热引起量热计温度变化，从而计算出混合过程的焓变。这种方式要求被测的物质必须是固体或挥发性很小的液体。一旦有一种物质的挥发性很强，整个容器空间中将充满该物质的蒸汽，会在注入(落入)之前提前反应，影响测量结果。

温度滴定量热法的基本原理是用一种被测物质滴定另一种被测物质，随着加热的滴定物质的质量的变化，测量混合体系的温度变化，从而确定混合过程的过量焓。该方法的优点是可以测量一系列离散组分下的两相混合物的过量焓，但是，该测量装置仅适用于常温下的混合焓变的测量，并且同样要求被测物质不具备很强的挥发性。因此对于临界温度较低的液氨、液态CO₂等物质混合焓变测量方面的应用受到极大限制。

热导式量热计一般为孪生结构，两个结构完全相同的量热腔分别作为参考系统和测量系统，该结构的优点是能够很好的抵消环境温度分布或波动对测量系统温度分布的影响今而提高测量的精度和稳定性。但是该系统结构复杂，对于常压下不为液态的物质的充装困难，同时使用的测量温度为环境温度。

等速流动量热计通过测量流量恒定的两股待测液体混合前后的温差来获得两种液体混合过程的过量焓，可以用于测量低临界温度液体混合过程的过量焓，但是测量过程测试效率偏低(调整一次流量仅能测出一个组分下的焓变)、对被测液体的消耗量较大，同时低临界温度液体的气化也会对混合的均匀性及测量的准确性产生较大的影响。

现有专利溶解热测定仪(专利号200620070790.1)、溶解热测量仪(专利号201120105349.3)和一种溶解热用双层真空杜瓦瓶(专利号201320192180.9)中报道的混合过程焓变的测量装置亦主要针对常温常压条件下的测量，不能很好的解决高压条件下的罐装和混合过程的控制。

综上所述，现有的过量焓的测量装置在非环境温度条件下低临界温度液体混合过程焓变的测量方面的应用都存在一定的限制。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种测量低临界温度液体混合过程过量焓的变温补偿量热装置。本发明旨在解决三个主要难点问题：⑴充装困难。由于要求在混合发生前两种被测液体的分子不能有任何的接触，因而必须采取在线即时充装的模式，要求充装速度快，且一旦开始充装第二种液体，则整个测量过程即时开始。⑵测量效率低。通常的量热计一次充装只能测量一个一定温度和混合组分条件下的数据点，本发明则从溶液的过量焓值为状态参数的特性出发，实现了一次充装可实现多个温度条件下的一系列过量焓的测试。⑶恒温体系温度变化幅度小，温度测试精度难于保证。部分温差型的量热计为了保证测量温度的准确性，反应前后的温差在0.01K以下。本发明合理的设计了混合腔和恒温测量腔的尺寸，同时恒温腔中的热容物质采用导热系数高、热容低的物质，确保了混合过程温升的明显性。