专利名称：一种在线显示料液浓度的含碘氢碘酸的容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及化工设备领域，尤其涉及一种能够在线显示料液浓度的含碘氢碘酸(即碘化氢-碘-水三元溶液，H1-12-H2O)的容器。
背景技术：
含碘氢碘酸料液(即碘化氢-碘-水三元溶液，H1-12-H2O)在化学实验室、热化学碘硫循环分解水制氢工艺，以及氢碘酸生产工艺中都会用到。以热化学碘硫循环分解水制氢工艺为例，碘硫循环制氢过程中，依靠Bunsen反应生成的氢碘酸，由于加入了过量的碘，形成了 H1-12-H2O物相。作为一种大规模制氢工艺，碘硫循环制氢过程中将有大量的含碘氢碘酸料液需要存放、处理。准确、及时获知所存储和处理的H1-12-H2O中各组分的浓度，对相关工艺的研究，乃至对现场工艺流程的控制都非常重要。对应常规的H1-12-H2O容器，要想得到其中料液的浓度数据，必须取样分析，一般以滴定法进行化学分析。具体来说是将料液从容器中取出后，以酸碱滴定法来确定HI的浓度，而以硫代硫酸钠溶液滴定法，即碘量法来确定I2的浓度，这样即可获H1-12-H2O中具体料液组成。而含碘氢碘酸料液具有强烈的腐蚀性，在高温条件下腐蚀性更为强烈，且60°C以上条件下即会有碘蒸汽和HI蒸汽大量挥发，因此料液的转移较为困难，且料液的挥发会造成分析结果的错误。而对上述滴定法来说，虽然具有样品用量少等优点，但由于料液中I2的存在，滴定法的准确度较难保证，这是因为电对Ι2/Γ的标准电位既不高也不低，I2可做为氧化剂而被中强的还原剂所还原，碘离子也可做为还原剂而被中强的或强的氧化剂所氧化，因此待测料液的酸碱度、空气中的氧等因素对滴定过程有较大的干扰，重复性较差，且滴定法需要对所用的滴定液进行预先配制、精确标定和合理保存，方能得到令人满意的结果，因此显得操作繁琐、过程耗时。由于以上原因，常规H1-12-H2O容器很难满足快捷、实时、在线地获取其中料液的浓度信息。由Gibbs相律可知，热力学平衡条件下，系统的组分数、相数和自由度数之间的关F=C-P+2式中F-自由度；C-系统的组分数。P-在所选系统中相的数目；其中自由度F是当系统为平衡状态时，在不改变相的数目情况下，可独立改变的因素(独立变量，如温度、压力、密度等)的个数，而对于H1-12-H2O这一三组分体系，在常压和给定温度下，F=C (3种组分)-P (1相)+0 (定温常压，此项值为0) =2自由度F为2表明只要确定H1-12-H2O体系的2个可独立改变的因素(即独立变量)，该体系的所有物化性质(理所当然包括其组成与浓度)即为确定值。因此，我们可选择较为容易采集的2个独立变量，通过它们来确定H1-12-H2O样品的浓度数据。H1-12-H2O料液的密度值是较易测定的参数，有多种成熟的方法和仪器可对其进行实时、在线测定。而实验研究发现，H1-12-H2O料液流经电解-电渗析(简称EED，下同)池，以直流电源施加恒定的电流强度时测得的槽电压值同样是一个易测量的，并反映H1-12-H2O料液物化性质的独立变量。H1-12-H2O的EED原理是以选择性质子交换膜隔开电解池的阴极区和阳极区，构成电解-电渗析池，当阴、阳两极区都有H1-12-H2O料液流过时，H+在电场作用下，穿过质子交换膜，由阳极区迁移进入阴极区，同时在两极板上发生如下电极反应阳极2Γ-2θ—I2阴极I2+2e—2Γ当施加的电流较小时，上述H+迁移和电极反应对阴、阳极区料液的浓度影响很小，此时如维持电流强度为定值，即采用恒电流电解-电渗析模式，测得的EED池槽电压也近似为定值。上述EED槽电压由以下几个部分组成1)阴阳两极上电极反应的理论电势；2)H1-12-H2O料液的欧姆电压降；3)阴阳两极的过电势；4)质子交换膜上的电压降(即H+穿越所要克服的电势)。由于在进行H1-12-H2O的EED时，阴、阳两极区的料液浓度、流速均相同，且发生相反的电极反应，因此构成槽电压的第I)部分，即理论电势为O;而2)-4)均由H1-12-H2O料液的物化性质，特别是料液浓度所决定。因此EED槽电压看做反映H1-12-H2O料液特性的独立变量，同时该变量值可以通过电压测量仪表进行精密准确而又快速的测定。由以上可知，按照Gibbs相律，可通过H1-12-H2O料液的密度，以及流经恒电流电解-电渗析池时的槽电压值这两个参数，来确定H1-12-H2O料液的浓度数据。将测定H1-12-H2O料液的密度，以及流经恒电流电解-电渗析池时的槽电压值的器件整合至H1-12-H2O料液容器之上，即可快速获 知其中所存储料液的浓度信息。

发明内容
本发明的目的是提供一种在线显示料液浓度的含碘氢碘酸的容器，通过其上的料液密度测定装置以及恒电流电解-电渗析装置，能够快速、在线地获取所存储料液的浓度信息；克服采用常规容器时，必须从容器中移取料液，并进行化学滴定确定料液浓度时所带来的取样过程危险、测定过程繁琐、操作耗时、无法在线监控等缺点。本发明的技术方案如下一种在线显示料液浓度的含碘氢碘酸的容器，其特征在于所述容器含有罐体、料液密度测定装置、恒电流电解-电渗析装置和含有计算软件的计算机；所述的恒电流电解-电渗析装置包括电解-电渗析池、槽电压测定装置、温度调节罐以及料液输送管路、恒电流直流电源以及设置在料液输送管路上的输送泵；所述的电解-电渗析池被选择性质子交换膜隔成电解-电渗析池阴极区和电解-电渗析池阳极区；所述料液密度测定装置设置在温度调节罐上，料液密度测定装置和槽电压测定装置通过数据线与计算机相连；输送泵
(10)将罐体中的含碘氢碘酸料液经料液输送管路依次输送至温度调节罐、电解-电渗析池阴极区和电解-电渗析池阳极区，然后返回至罐体中；料液密度测定装置和槽电压测定装置分别测定料液的密度以及电解-电渗析池阴、阳两极间的槽电压，并将测定值传送给计算机，计算机利用储存在内的计算软件计算出料液的浓度并实时进行显示。本发明所述的料液密度测定装置采用静压式密度计、放射性同位素密度计或振动式密度计。。本发明所述的输送泵设置在罐体和温度调节罐之间的料液输送管路上，或设置在温度调节罐与电解-电渗析池阴极区之间的料液输送管路上，或设置在电解-电渗析池阳极区与罐体之间的料液输送管路上。发明具有以下优点及突出性效果采用本发明的含碘氢碘酸的容器，能够实时测定所存储料液的密度值和料液流经恒电流电解-电渗析池时的槽电压值，并从而简洁快速地计算出料液浓度；在计算机的辅助下，可以实现容器内料液浓度的在线测定，非常有利于对相关生产工艺的控制。本发明的含碘氢碘酸的容器克服了采用常规容器时必须从容器中移取料液，并进行化学滴定确定料液浓度时所带来的取样过程危险、测定过程繁琐、操作耗时和无法在线监控等缺点。


图1是本发明提供的一种在线显示料液浓度的含碘氢碘酸的容器的结构示意图。图中1_罐体；2_密度测定装置；3_选择性质子交换膜；4_电解-电渗析池阴极区；5-电解-电渗析池阳极区；6_恒电流直流电源；7_槽电压测定装置；8_温度调节罐；9-料液输送管路；10_输送泵；11_计算机。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构、原理和工作过程做进一步详细说明。图1是本发明提供的一种在线显示料液浓度的含碘氢碘酸的容器的结构示意图。所述容器含有罐体1、料液密度测定装置2、恒电流电解-电渗析装置和含有计算软件的计算机11 ;所述的恒电流电解-电渗析装置包括电解-电渗析池、槽电压测定装置7、温度调节罐8以及料液输送管路9、恒电流直流电源6以及设置在料液输送管路上的输送泵10 ;所述的电解-电渗析池被选择性质子交换膜3隔成电解-电渗析池阴极区4和电解-电渗析池阳极区5 ;所述料液密度测定装置2设置在温度调节罐8上，料液密度测定装置2和槽电压测定装置7通过数据线与计算机11相连；输送泵10将罐体中的含碘氢碘酸料液经料液输送管路9依次输送至温度调节罐8、电解-电渗析池阴极区4和电解-电渗析池阳极区5，然后返回至罐体I中；料液密度测定装置2和槽电压测定装置7分别测定料液的密度以及电解-电渗析池阴、阳两极间的槽电压，并将测定值传送给计算机11，计算机利用储存在内的计算软件计算出料液的浓度并实时进行显示。所述的料液密度测定装置可采用静压式密度计、放射性同位素密度计或振动式密度计。。本发明所述的输送泵可以设置在罐体I和温度调节罐8之间的料液输送管路9上，或设置在温度调节罐与电解-电渗析池阴极区9之间的料液输送管路9上，或设置在电解-电渗析池阳极区5与罐体I之间的料液输送管路9上。在使用本发明提供的容器前，首先配制一系列具有梯度浓度分布的含碘氢碘酸标准样品，在同一设定温度下，采用密度测定装置测定各标准样品的密度值；使所配制的标准样品逐个流经前面所述的恒电流电解-电渗析池的阴极区4和阳极区5，记录各标准样品流经恒电流电解-电渗析池时的槽电压值；在测定各种含碘氢碘酸标准样品时，料液流速、电解-电渗析池温度、恒电流直流电源的电流强度值均保持相同，其中电解-电渗析池温度与测定标准样品密度值时的温度相同；通过数学拟合，建立含碘氢碘酸料液浓度、密度以及料液流经恒电流电解-电渗析池时的槽电压值三者之间的数学关系式
权利要求
1.一种在线显示料液浓度的含碘氢碘酸的容器，其特征在于所述容器含有罐体(I)、料液密度测定装置(2 )、恒电流电解-电渗析装置和含有计算软件的计算机(11);所述的恒电流电解-电渗析装置包括电解-电渗析池、槽电压测定装置(7)、温度调节罐(8)以及料液输送管路(9)、恒电流直流电源(6)以及设置在料液输送管路上的输送泵(10);所述的电解-电渗析池被选择性质子交换膜(3)隔成电解-电渗析池阴极区(4)和电解-电渗析池阳极区(5);所述料液密度测定装置(2)设置在温度调节罐(8)上，料液密度测定装置(2)和槽电压测定装置(7)通过数据线与计算机(11)相连；输送泵(10)将罐体中的含碘氢碘酸料液经料液输送管路(9)依次输送至温度调节罐(8)、电解-电渗析池阴极区(4)和电解-电渗析池阳极区(5)，然后返回至罐体(I)中；料液密度测定装置(2)和槽电压测定装置(7)分别测定料液的密度以及电解-电渗析池阴、阳两极间的槽电压，并将测定值传送给计算机(11)，计算机利用储存在内的计算软件计算出料液的浓度并实时进行显示。
2.如权利要求1所述的一种在线显示料液浓度的含碘氢碘酸的容器，其特征在于所述的料液密度测定装置采用静压式密度计、放射性同位素密度计或振动式密度计。
3.如权利要求1所述的一种在线显示料液浓度的含碘氢碘酸的容器，其特征在于所述的输送泵(10)设置在罐体(I)和温度调节罐(8)之间的料液输送管路上，或设置在温度调节罐与电解-电渗析池阴极区(4)之间的料液输送管路上，或设置在电解-电渗析池阳极区(5)与罐体之间的料液输送管路上。
全文摘要
一种在线显示料液浓度的含碘氢碘酸的容器，属于化工设备技术领域。本发明提供的含碘氢碘酸容器的罐体上带有恒电流电解-电渗析装置，该装置上整合了料液密度测定仪器。通过实时测定所存储料液的密度值和料液流经恒电流电解-电渗析池时的槽电压值，可以快速地计算出料液浓度，在上位计算机的辅助下，可以实现容器内料液浓度的在线测定，有利于对相关生产工艺的控制。本发明提供的含碘氢碘酸的容器解决了常规含碘氢碘酸容器在确定料液浓度时面临的取样过程危险、测定过程繁琐、操作耗时、无法在线监控等问题。
文档编号G01N9/36GK103048220SQ20121051843
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者陈崧哲, 张平, 王来军, 徐景明 申请人:清华大学