一种液液两相传质系数测定装置

本发明涉及化学实验设备技术领域，特别是涉及一种液液两相传质系数测定装置。

背景技术：

传质过程为化工三大传递过程之一。其中，液液传质过程作为传质过程的一种，在工业生产与教学科研中都有着很重要的地位，因此，其过程机理具有深刻的研究价值。目前，在教学实验中用到的测定液液传质系数的实验装置主要为刘易斯池，该装置为该实验创造出一个相对理想的传质模型。其中，水相与有机相分别位于玻璃筒的上下两端，玻璃筒中间由一隔板隔开，隔板处设有多个面积相同的通孔，有机相通过通孔向水相传递。假定该传质过程仅仅由浓度梯度所驱动，且传质所用通孔的总面积固定，则可通过实验计算出传质速度，进而推算出液液传质系数，该装置对于加深学生对液液传质过程的认识具有一定的价值。

然而，现有的刘易斯池实验装置还存在较大的系统误差，发明人经过研究发现，引起系统误差的原因在于，随着传质的不断进行，在溶解度差异与浓度梯度的作用下，两相界面位置不断变化，致使隔板逐渐脱离两相界面。因此，无法保证两相界面的稳定，同时两相间传质脱离隔板上的通孔而发生，使得传质面积发生变化，传质过程不受控制，由此导致刘易斯池实验装置的系统误差较大。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：现有的刘易斯池实验装置在两相传质过程中，隔板无法随两相界面的实际变化而移动，导致刘易斯池实验装置的系统误差较大。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种液液两相传质系数测定装置，包括透明筒，所述透明筒内设有隔板，所述隔板将所述透明筒的内腔分隔为上腔体和下腔体，所述隔上设有通孔，所述通孔将所述上腔体和所述下腔体连通，还包括固定机构、布置在所述固定机构上的升降座、与所述升降座连接的驱动装置；

所述透明筒布置在所述升降座上，所述隔板与所述固定机构固定连接。

作为优选方案，所述升降座包括从上至下依次连接的升降板、剪叉式升降结构和底板；

所述透明筒固定连接在所述升降板上，所述底板布置在所述固定机构上，所述驱动装置与所述剪叉式升降结构传动连接。

作为优选方案，所述剪叉式升降结构包括相互铰接的第一剪叉臂和第二剪叉臂；

所述第一剪叉臂的上端铰接在所述升降板上，所述第一剪叉臂的下端设有第一转轴，所述底板上设有与所述第一转轴导向配合的第一滑槽，所述第一滑沿水平面延伸；

所述第二剪叉臂的下端铰接在所述底板上；所述第二剪叉臂的上端设有第二转轴，所述升降板上设有与所述第二转轴导向配合的第二滑槽，所述第二滑槽沿水平面延伸；

所述驱动装置包括第一电机、与所述第一电机传动连接的丝杆和螺纹装配在所述丝杆上的丝杆螺母，所述丝杆转动装配在所述底板上，所述丝杆螺母与所述第一转轴铰接。

作为优选方案，所述固定机构上设有第一导柱，所述第一导柱的下端连接在所述隔板上；

所述透明筒的上端设有上盖板，所述第一导柱导向装配在所述上盖板中。

作为优选方案，所述固定机构上还设有第二导柱，所述第二导柱导向装配在所述上盖板中；

所述透明筒的下端设有下盖板，所述第二导柱导向装配在所述下盖板中。

作为优选方案，所述上腔体的侧壁上设有第一取样口，所述第一取样口沿所述透明筒的周向间隔分布有多个，各所述第一取样口内均设有第一橡胶塞；

所述下腔体的侧壁上设有第二取样口，所述第二取样口沿所述透明筒的周向间隔分布有多个，各所述第二取样口内均设有第二橡胶塞。

作为优选方案，所述透明筒的上方设有进样件，所述进样件的上端为漏斗状，所述进料件的下端设有朝向所述透明筒内侧壁的斜口，所述斜口与所述透明筒的内侧壁接触。

作为优选方案，所述透明筒的外部套设有恒温夹层。

作为优选方案，所述上腔体内设有第一搅拌部件，所述下腔体内设有第二搅拌部件；

所述固定机构上设有第二电机，所述第二电机的输出轴连接有转轴，所述第一搅拌部件和所述第二搅拌部件均设置在所述转轴上。

作为优选方案，所述上腔体内布置有与所述隔板连接的第一挡板，所述第一挡板沿所述第一搅拌部件的周向间隔布置有多个；

所述下腔体内布置有与所述隔板连接的第二挡板，所述第二挡板沿所述第二搅拌部件的周向间隔布置有多个。

本发明一种液液两相传质系数测定装置与现有技术相比，其有益效果在于：包括透明筒，透明筒内设有隔板，隔板将透明筒的内腔分隔为上腔体和下腔体，隔板上设有通孔，通孔将上腔体和下腔体连通，通过透明筒观测到两相界面移动状况，确定两相界面的实际移动速度；还包括固定机构、布置在固定机构上的升降座和与升降座连接的驱动装置，透明筒布置在升降座上，隔板固定连接在固定机构上，升降座带动透明筒做升降运动时，连接在固定机构上的隔板相对固定机构静止不动，因此，隔板与透明筒之间产生相对运动，驱动装置带动升降座以与两相界面实际移动速度相接近的速度运动，从而保持隔板随两相界面的实际变化而移动，隔板始终位于两相界面处，降低了现有刘易斯池实验装置的系统误差。

附图说明

图1是本发明实施例液液两相传质系数测定装置的结构示意图；

图2是本发明实施例液液两相传质系数测定装置的结构示意图；

图3是图1中a-a处截面图；

图中，1、透明筒；11、隔板；111、通孔；112、转轴孔；113、连接孔；12、上腔体；121、第一取样口；122、第一橡胶塞；123、第一搅拌部件；124、第一挡板；13、下腔体；131、第二取样口；132、第二橡胶塞；133、第二搅拌部件；134、第二挡板；14、进样件；15、恒温夹层；2、固定机构；21、第一导柱；22、第二导柱；23、第二电机；24、转轴；3、升降座；31、升降板；311、第二滑槽；32、剪叉式升降结构；321、第一剪叉臂；3211、第一转轴；322、第二剪叉臂；3221、第二转轴；33、底板；331、第一滑槽；4、驱动装置；41、第一电机；42、主动齿轮；43、丝杆螺母；44、丝杆；45、从动齿轮；5、上盖板；51、第一导向孔；52、第二导向孔；6、下盖板；61、第三导向孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

如图1至图3所示，本发明实施例优选实施例的一种液液两相传质系数测定装置，包括透明筒1，透明筒1内设有隔板11，隔板11将透明筒1的内腔分隔为上腔体12和下腔体13，隔板11上设有通孔111，通孔111将上腔体12和下腔体13连通，还包括固定机构2、布置在固定机构2上的升降座3、与升降座3连接的驱动装置4；透明筒1布置在升降座上3，隔板11与固定机构2固定连接。

具体的，实验人员能够透过透明筒1看到透明筒1内两相液体的界面变化状况，透明筒1的上部设有开口，隔板11导向装配在透明筒1内；优选的透明筒1为内径0.09m、高0.22m的玻璃圆筒，隔板11位于透明筒1的内部中间位置，隔板11将透明筒1分隔成大致等体积的上腔体12和下腔体13；优选的，隔板11为圆板，隔板11由聚四氟乙烯制成，隔板11上的通孔111为6个直径相同的圆孔，6个通孔111沿隔板11的周向均匀间隔布置，圆孔的面积为3.8平方厘米。

实验过程中，升降座3带动透明筒1相对固定机构2运动时，连接在固定机构2上的隔板11相对固定机构2静止不动，因此，隔板11与透明筒1之间产生相对运动，驱动装置4带动升降座3以与两相界面实际移动速度相接近的速度运动，从而保持隔板11随两相界面的实际变化而移动，降低了现有刘易斯池实验装置的系统误差。

需要说明的是，获取两相界面实际移动速度的方法有多种，如通过实验来确定的两相界面实际移动速度，具体的，实验人员可先使用高速相机拍摄下使用现有实验装置时两相界面的移动状况，然后根据两相界面在各个时间点的位移状况，绘制出两相界面位移随时间的关系图，根据上述位移随时间关系图计算出两相界面的移动速度。

其中，升降座3可以设置在透明筒1的上方，设置在透明筒1上方的升降座3带动隔板11上下运动实现对隔板11位置的调整，升降座3的设置方式有多种，如蜗轮蜗杆升降、电动推杆等。

本实施例中，升降座3包括从上至下依次连接的升降板31、剪叉式升降结构32和底板33；透明筒1固定连接在升降板31上，底板33布置在固定机构2上，驱动装置4与剪叉式升降结构32传动连接。

具体的，剪叉式升降结构32包括相互铰接的第一剪叉臂321和第二剪叉臂322，第一剪叉臂321和第二剪叉臂322在交叉位置处铰接；第一剪叉臂321的上端铰接在升降板31上，第一剪叉臂321的下端设有第一转轴3211，底板33上设有与第一转轴3211导向配合的第一滑槽331，第一滑槽331沿水平面延伸；第二剪叉臂322的下端铰接在底板33上；第二剪叉臂322的上端设有第二转轴3221，升降板31上设有与第二转轴3221导向配合的第二滑槽311，第二滑槽311沿水平面延伸；驱动装置4包括第一电机41、与第一电机41传动连接的丝杆44和螺纹装配在丝杆上的丝杆螺母43，丝杆44转动装配在底板33上，丝杆螺母43与第一转轴3211铰接。

其中，驱动装置4还包括设置在丝杆44上的从动齿轮45；第一电机41的输出轴上设有主动齿轮42，主动齿轮42与从动齿轮45相啮合，第一电机41驱动丝杆44旋转以使丝杆螺母43沿丝杆44移动。

具体的，主动齿轮42与从动齿轮45之间的传动比以两相界面的移动速度范围进行设计，从动齿轮45带动丝杆旋转，丝杆44带动丝杆螺母移动，丝杆44的螺距大小根据两相界面移动速度要求结合齿轮的传动比进行确定，从动齿轮45每转动一圈，丝杆螺母向左或向右移动一个螺距，通过主动齿轮42与从动齿轮45的一级减速，以及将螺纹旋转运动转换为直线运动的二级减速、来实现对升降机构升降速度的精确控制。

需要说明的是，本实施例中第一剪叉臂321和第二剪叉臂322为成对设置，为提高剪叉式升降结构的稳定性，本实施例中设置有两对剪叉臂。

本实施例中，为保证隔板11与透明筒1之间的导向配合，在固定机构2上设有第一导柱21，第一导柱21的下端连接在隔板11上；在透明筒1的上端设有上盖板5，第一导柱21导向装配在上盖板5中。

具体的，固定机构2上设有第一导柱21，优选的，第一导柱21为多个，各第一导柱21在水平面上的投影均位于透明筒1内，上盖板5与各第一导柱21对应的位置处均设有与第一导柱21导向配合的第一导向孔51，各第一导柱21的下端均连接在隔板11上。

为进一步提高隔板11与透明筒1之间的导向配合度，固定机构2上还设有第二导柱22，第二导柱22导向装配在上盖板5中；透明筒1的下端设有下盖板6，第二导柱22导向装配在下盖板6中。

具体的，固定机构2上还设有第二导柱22，优选的，第二导柱22为多个，上盖板5与各第二导柱22对应的位置处均设有与第二导柱22导向配合的第二导向孔52。

本实施例中，如图3，第一导柱21为4个，4个导柱21沿隔板11的圆周方向均匀间隔布置；上盖板5为圆形，第二导柱22为4个，4个导柱22沿上盖板5的的圆周方向均匀间隔布置，第一导柱21和第二导柱22对上盖板5的导向作用保证了隔板11与透明筒1之间良好的导向配合。

其中，下盖板6为圆形，下盖板6与各第二导柱22对应的位置处均设有与第二导柱22导向配合的第三导向孔61，各第二导柱22的下端端部均延伸至下盖板6的下方，第二导柱22进一步保证了隔板11与透明筒1之间良好的导向配合。

本实施例中，固定机构2包括上固定板25、下固定板26和间隔设置在上固定板25与下固定板26之间的多个支撑柱27，支撑柱27的上端固定连接在上固定板25上，支撑柱27的下端固定连接柱在下固定板26上；隔板11连接在上固定板25上，驱动装置5和升降座3均设置在下固定板26上。

具体的，支撑柱27为4个，支撑柱27和下固定板26以及上固定板25的设置使传质系数测定装置整体结构牢固紧凑。

本实施例中，上腔体12的侧壁上设有第一取样口121，第一取样口121为多个，各第一取样口121沿透明筒1的周向间隔分布，各第一取样口121内均设有第一橡胶塞122；下腔体13的侧壁上设有第二取样口131，第二取样口131为多个，各第二取样口131沿透明筒1的周向间隔分布，各第二取样口131内均设有第二橡胶塞132，第一胶塞122和第二胶塞132能够避免实验过程中液体外溢，同时，取样器针头可方便地穿透橡胶塞而完成取样。

具体的，第一取样口121为3个，3个第一取样口121沿透明筒11的圆周均匀分布，第二取样口131为3个，侧面取样的设计可避免从上端取样的复杂结构，且允许在3个不同的地方均匀取样，使所得样品更具有代表性，避免了局部混合不均匀而产生的偶然误差。

本实施例中，透明筒1的上方设有进样件14，进样件14的上端为漏斗状，进料件14的下端设有开口朝向透明筒内侧壁的斜口，斜口接触透明筒1的内侧壁，上盖板5上设有与进样件14相对应的进样孔。

进样件14的上端为漏斗便于液体快速进样。进样件14末端为斜口并紧靠透明筒内壁，发挥引流作用，避免液体进样直接冲击两相界面，造成界面不稳定

本实施例中，透明筒1的外部套设有恒温夹层15，恒温夹层15位于透明筒1中部的位置设有观察窗。

具体的，恒温夹层15为内部具有中空腔体的套管，中空腔体上设有进水口与出水口，进水口与一个恒温水槽相连。在实验过程中，可通过设定恒温水槽的温度来控制玻璃圆筒的温度，实现对传质两相温度的控制，进一步降低测量装置的系统误差，观察窗的设置使实验人员能够更清楚地观察到两相界面以及隔板11的位置状况，便于操作。

本实施例中，上腔体12的中部设有第一搅拌部件123；下腔体13的中部设有第二搅拌部件133；固定机构2上设有第二电机23，第二电机23的输出轴在水平面上的投影位于透明管1的中部，第二电机23的输出轴连接有转轴24，转轴24与隔板11转动配合，第一搅拌部件123和第二搅拌部件133均设置在转轴24上，具体的，隔板11的中部设有与转轴24相匹配的转轴孔112。

第一搅拌部件123使上腔体12内的物料浓度基本一致，第二搅拌部件133使下腔体13内的物料浓度基本一致。

其中，上腔体12内布置有与隔板11连接的第一挡板124，第一挡板124沿第一搅拌部件123的周向间隔布置有多个；下腔体13内布置有与隔板11连接的第二挡板134，第二挡板134沿第二搅拌部件133的周向间隔布置有多个，第一挡板124的设置，能够防止第一搅拌部件123搅拌所引起的两相界面扰动；第二挡板134的设置，能够防止第二搅拌部件133搅拌所引起的两相界面扰动。具体的，第一挡板124和第二挡板134均为6个，各第一挡板124和各第二挡板134间隔分布在透明管11的周向，各第一挡板124的下端和各第二挡板134的上端均固定连接在隔板11上。

下面以测定醋酸从乙酸乙酯相转移到水相的液液传质系数为例，对本发明实施例液液两相传质系数测定装置的使用方法作说明：

s1:将密度较大的第一液体加入透明筒中，调整隔板位置，使隔板与第一液体液面重合；本实施例中第一液体为蒸馏水，优选的，在倒入第一液体前，向恒温夹层15内通入指定稳定的水，使上下隔室处于恒温水浴中，然后将500ml的蒸馏水加入透明筒1中，调整隔板11中线位置，使之与蒸馏水液面重合。

s2:向透明筒中加入密度较小的第二液体，本实施例中，第二液体为乙酸乙酯，待蒸馏水的液面稳定后，通过进样件14缓慢加入500ml乙酸乙酯，优选的，启动第二电机23，使两相充分均匀。

s3:向透明筒中加入溶质，本实施例中，溶质为醋酸，通过进样件14缓慢加入50ml醋酸，完成后启动第一电机41，同时，开始计时。

s4:启动升降装置,使隔板始终位于第一液相和第二液相的界面处。

s5:取部分第一液体作为第一试样，取部分第二液体作为第二试样，具体的，本实施例中需要3个第一取样针管和三个第二取样针管，三个第一取样针管的针头分别插入3个第一取样口121中，三个第二取样针管的针头分别插入三个第二取样口131中，取样时控制好时间点，同时操作上述3个第一取样针管和三个第二取样针管，然后将3个第一取样针管内液体混合均匀作为第一试样，将3个第二取样针管内液体混合均匀作为第二试样，取样后及时调整隔板11的位置，确保隔板与两相界面位置重合。

s6：测量溶质在第一液体和第二液体中的溶解度，具体的，测定第一试样和第二试样中醋酸浓度，计算传质系数。

综上，本发明实施例提供一种液液两相传质系数测定装置，其包括透明筒，透明筒内设有隔板，隔板将透明筒的内腔分隔为上腔体和下腔体，隔板上设有通孔，通孔将上腔体和下腔体连通，通过透明筒观测到两相界面移动状况，确定两相界面的实际移动速度；还包括固定机构、布置在固定机构上的升降座和与升降座连接的驱动装置，透明筒布置在升降座上，隔板固定连接在固定机构上，升降座带动透明筒做升降运动时，连接在固定机构上的隔板相对固定机构静止不动，因此，隔板与透明筒之间产生相对运动，驱动装置带动升降座以与两相界面实际移动速度相接近的速度运动，从而保持隔板随两相界面的实际变化而移动，隔板始终位于两相界面处，降低了现有刘易斯池实验装置的系统误差。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。