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流动法实验技术及仪器流体分为可压缩流体和不可压缩流体两类。流体的加料控制以及流量的测定在科学研究和工业生产上都有广泛应用。流动法所需设备和技术要求比较高;加料方式、加料的控制、流量的测定方法,也因实验的要求不一而有所不同,本部分内容仅就实验室流动体系的实验技术做简单的介绍。(一)流体的加料方式1.气体的加料方式实验室常用带压力的气源,一般借用高压钢瓶的压力把气体输送到反应体系内,如氢气、氧气、氮气、氨气和乙炔气等都可采用这种方式。有时用电解法制备氢气、氧气,或用启普发生器产生二氧化碳气或硫化氢气作为常压气源,这些气体也可经压缩泵提高气体压力输入反应体系内。2.液体的加料方式(1)注射器加料法在催化反应的研究和用气相色谱研究的反应体系中,往往需加入微量或少量的液体,通常采用注射器加料。为了均匀的注入,可用同步电动机推动注射活塞均匀下降,如图1所示。这种加料方式设备简单,且不受体系压力的影响,但要防止易挥发性的液体从注射器磨口处挥发。因此,在磨口处不断滴入加料液体,以减少这种影响。图1注射器式加料器示意图柱式进料泵已有多种商品型号,图2为SY-04A双柱塞微量泵工作原理示意图。控制器驱动步进电机运转,通过齿轮传动使丝杠反向转动,从而使左、右两柱塞分别上、下运动。当左柱塞向上运动时,挤压缸内液体,通过四通阀向排出口排出液体;与此同时,右柱塞向下运动,右缸内体积膨胀,形成负压,通过大气压力将液体吸入右缸内。当左缸排尽时正好右缸吸满,此时装在右柱塞导杠上的压片恰好压上行程控制开关,给出换向信号,使步进电机反转,左缸变成吸液,右缸变成排液。依此往复,使排出口有连续液体输出。该微量泵是通过改变控制步进电机的脉冲频率来调节步进电机的转速,从而实现对液体流量的控制。图2SY-04A双柱塞微量泵工作原理示意图(2)加料管和柱式进料泵加料管一般用滴液漏斗,调节漏斗活塞,控制加料速度。由于加料速度随着管内液面的高度变化而变化,因此在使用过程中,需经常调节活塞,维持恒定的加料速度。也可以在管内液面上加一恒定压力来稳定加料速度。柱式计量泵适用于压力系统的流体进料,其工作原理如图3所示。通过电动机使柱塞反复来回进出B室,当柱塞向外拉时,使B室为负压,此时钢珠①上浮,而钢珠②紧贴上板孔,液体由A室被抽至B室,C室液体不能返流回B室。在柱塞推入时,钢珠①紧贴下板孔,阻止B室内液体返回A室,而钢珠②因B室增压而上浮,液体由B室流入C室。柱塞反复进出B室,形成一种脉冲式加料。如果用两台柱塞泵并联组合工作,则可得较平稳的连续进料。目前国内生产各种型号双柱塞微量计量泵,使两个柱塞分别正反向交替运动,四通换向阀与柱塞换向时同步动作,达到介质自动切换,完成液体连续输送的目的图3柱式计量泵工作原理(3)挥发式加料器又称饱和器。此加料器可根据实验的要求自行设计。图4为一种类型的挥发式加料器示意图。该加料器可与超级恒温槽配套使用,使其夹套内水恒温。气体从a进入,由b处带走加料器内的液体蒸气。只要在恒温下控制通入气体的流速,所带走的蒸气量就恒定,可以控制进料量和气液比。蒸气从b管进入反应系统,达到了液体加料目的。这种加料器适用于蒸气压较大的液体,当反应物由气体和液体组成时,使用更方便。图4挥发式加料器气液分子比的计算如下:假设通入气体的流速为V气(mL·min-1),气体经挥发器带走器内液体蒸气,流速增大至(V气+V液),V液为流速增值,系统压力为p0,实验恒温温度为T,液体在温度T时饱和蒸气压为ps,n为气液物质量之比。根据气体分压定律:(1)根据分体积定律:(2)从上述二式可得:(3)(4)根据上二式得(5)若需要控制一定的气液比,只要在一定系统压力p0时控制液体的饱和蒸气压ps,液体的饱和蒸气压与温度有关,因此控制液体的温度即可以控制气液比。应用挥发式加料器要求使用的气体不溶于进料的液体。在实验时常要求检查挥发式加料器所控制的气液比是否与公式计算相符,其方法是将饱和器恒温后,通入一恒定流速的气体,使带出的液体蒸气进入已经预先称重的装有过量硅胶的吸附管。为了使吸附完全,用冰盐水冷却吸附管,并记录通气时间,经一定时间后再称量吸附管,其增量即为收集液体的质量。与计算值比较,二者相符证明饱和器符合要求,若低于理论计算值,说明液体蒸发未达饱和状态。通过提高气体的预热温度,增加饱和器的数量,增加液层高度或降低气体流速,增加气体与液体的接触时间等方法以改善饱和状态,使之与理论计算值相符。(二)流体的稳压和稳流1.稳压阀稳压阀是实验室常用的稳压装置,其工作原理如图5所示,稳压阀的腔A与腔B通过连动杆与孔的间隙相通,右旋调节手柄至一定位置时,系统达到平衡。A进