一種氣速可調的固-液反應氣體發(fā)生裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氣速可調的固‐液反應氣體發(fā)生裝置及方法，該方法是利用加液器從固體反應物的上方向反應器內滴加反應液，反應液向下流動與固體反應物充分接觸并完全反應，產生氣體，反應產生的氣體從固體反應物的上方排出，反應廢液流經篩板進入廢液室，通過調節(jié)加液調節(jié)閥控制反應液的滴加速度，從而調節(jié)氣體的產生速度，反應室與廢液室之間通過壓力平衡管調整氣壓平衡，通過停止滴加反應液終止反應，本發(fā)明能夠實現(xiàn)氣體可持續(xù)生產，同時液體試劑浪費少，反應停止后裝置不帶壓力，無酸液泄露或溢出的危險，反應進度的控制更加方便、可靠、安全。
【專利說明】—種氣速可調的固-液反應氣體發(fā)生裝置及方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于固液反應型制取氣體的實驗儀器【技術領域】，具體涉及到一種實驗室內制取氫氣、氧氣、二氧化碳和硫化氫等氣體并可調節(jié)氣速的固-液反應氣體發(fā)生裝置及方法。

【背景技術】
[0002]目前，在大學和中學化學實驗中常用的制取氣體的基本裝置大多是采用啟普發(fā)生器，大多數(shù)啟普發(fā)生器由球型漏斗、葫蘆形底座和導氣管三部分組成。最初使用時，將儀器橫放，把固體反應物由底座上插導氣管的口中加入，然后放正儀器將裝導氣管的塞子塞好，由球形漏斗口加入液體反應物。使用時，扭開導氣管活塞，液體反應物由球形漏斗流到底座的底部，再上升到中部跟固體反應物接觸而發(fā)生反應，產生的氣體從導氣管放出。不用時則關閉導氣管的活塞，容器內繼續(xù)反應產生的氣體使容器內壓強加大，把液體反應物壓回球形漏斗，使液體反應物與固體反應物脫離接觸，反應自行停止。
[0003]但是該氣體制取裝置在使用中存在主要有以下問題:
[0004]1、裝配與拆卸不方便，潛在危險因素多。啟普發(fā)生器由下方的葫蘆形底座和上方的球型漏斗兩部分組成，器形較大較重，不易把持，底座上有兩個磨砂口，分別用于連接導氣管橡皮塞和放液磨口玻璃塞，使用過程中，容易發(fā)生由于接口漏氣導致的反應不能終止或者酸液流出等危險。反應終止后裝置將承受一定壓力，如果在使用中有固體反應物粉末漏入下部反應液中，將有使反應液壓出球形漏斗甚至啟普發(fā)生器發(fā)生炸裂的危險。
[0005]2、試劑消耗量大，在實驗過程中，即使僅需要幾十毫升氣體、使用250mL規(guī)格的啟普發(fā)生器時也需要400?500mL反應液才可進行實驗。實驗結束后廢液量也很大。
[0006]3、氣速不穩(wěn)定，隨著反應的進行，反應液逐漸變乏產氣量逐漸變小，所以不適于需要大量氣體的實驗。
[0007]4、廢液處理麻煩,在啟普發(fā)生器中反應，不但廢液量很大而且反應液很難反應完全，所以處理麻煩。
[0008]5、氣體壓力偏小，啟普發(fā)生器所產生氣體的壓力是由球形漏斗與葫蘆形底座中液位差決定的，在需要多重洗氣的實驗中，由于氣體壓力偏小而往往不能使用。


【發(fā)明內容】

[0009]為了克服上述已有技術所存在的不足，本發(fā)明提供了一種原液浪費少、氣體生成速度穩(wěn)定可調、安全性高、可持續(xù)反應的氣速可調的固-液反應氣體發(fā)生裝置。
[0010]本發(fā)明還提供了一種利用上述的氣體發(fā)生裝置實現(xiàn)操作簡單、安全性高、反應穩(wěn)定的固-液反應氣體發(fā)生方法。
[0011]本發(fā)明實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案包括反應器，在反應器的頂部開口上設置有頂蓋、底部開有出液口，在出液口上設置有出液控制閥，在反應器的內腔設置有盛放固體反應物的篩板，將反應器的內腔自上而下分為反應室和廢液室，在反應器的側壁上設置有能夠平衡反應器內氣壓的壓力平衡管，壓力平衡管的兩端分別與反應室和廢液室連通，在反應室的上端側壁或頂蓋上開設有進液口和出氣口，進液口通過導管與安裝在加液器出口端的加液調節(jié)閥連通，出氣口上連接有導氣管。
[0012]上述篩板設置在反應器內自上而下1/2?4/5處。
[0013]上述篩板的孔徑為0.2?3.0mm。
[0014]在反應器的進液口上設置有延伸至反應器內中心軸位置的導液管。
[0015]在導液管的出口設置有液體分布器。
[0016]本發(fā)明還提供了一種利用上述的氣速可調的固-液反應氣體發(fā)生裝置的方法，由以下步驟組成:
[0017]利用加液器從固體反應物的上方向反應器內滴加反應液，反應液向下流動在流經盛放于篩板上的固體反應物過程中與固體反應物充分接觸并完全反應，產生氣體，反應產生的氣體從固體反應物的上方排出，反應廢液流經篩板進入廢液室，通過調節(jié)加液調節(jié)閥控制反應液的滴加速度，通過控制反應液的滴加速度調節(jié)氣體的產生速度，反應室與廢液室之間通過壓力平衡管調整氣壓平衡，當廢液室內液面高度接近或高于壓力平衡管端口下沿時，打開出液控制閥將廢液排出，當停止滴加反應液時，反應即停止。
[0018]本發(fā)明提供的氣速可調的固-液反應氣體發(fā)生裝置是將固體反應物放置在篩板之上，液體反應物逐滴滴入，液體在下流過程中與固體反應物接觸面大，反應行程長，使反應更完全，而且反應后的廢液流過篩板與固體反應物分離，不存在廢液返混的問題，通過控制反應液的滴加速度調節(jié)氣體的產生速度，可根據(jù)氣量需求，適量滴加反應液，實現(xiàn)氣體可持續(xù)生產，同時液體試劑浪費少,大大節(jié)約了液體試劑，所產生的氣體的壓力與加液器的高度或加液泵的壓力有關，因此，能夠提供比啟普發(fā)生器更高的氣體壓力，使其使用面更廣，此外本發(fā)明通過關閉加液調節(jié)閥即可停止反應，反應停止后裝置不帶壓力，無酸液泄露或溢出的危險，反應進度的控制更加方便、可靠、安全。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為實施例1的裝置結構示意圖。
[0020]圖2為實施例2的裝置結構示意圖。

【具體實施方式】
[0021]現(xiàn)結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案進行進一步說明，但是本發(fā)明不僅限于下述的實施情形。
[0022]實施例1
[0023]參見圖1，本實施例的氣速可調的固-液反應氣體發(fā)生裝置是由加液器1、加液調節(jié)閥2、反應器5、頂蓋3、篩板7、壓力平衡管6、出液控制閥8以及導氣管4連接構成。
[0024]本實施例的反應器5是頂部敞口、底部中心開有出液口的玻璃管，其管徑為30.0mm,高度為200.0mm,在反應器5的頂部開口上安裝有玻璃頂蓋3，在玻璃頂蓋3中心位置開有進液口，在進液口的一側開設有出氣口，在出氣口上安裝有導氣管4，能夠將所產生的氣體導出存儲在儲氣容器中。在進液口上安裝有延伸至反應器5內的進液管，在進液管的外端安裝有加液調節(jié)閥2，進液口通過加液調節(jié)閥2與盛放原液的加液器1連通，本實施例的加液器1可以采用儲液漏斗。在反應器5的內腔自上而下3/5的高度位置安裝有一個篩板7，將反應器5內腔上下分為反應室和廢液室，篩板7采用玻璃材料制成，其孔徑為0.5mm,孔隙率為50%,在反應室側壁上距離篩板750.0mm的位置開設有上孔,在廢液室側壁上距離篩板73.0mm的位置開設有與上孔相對的下孔，在上孔與下孔之間連接一個管徑為5.0mm的壓力平衡管6，使反應室和廢液室連通，平衡反應器5內反應室與廢液室之間的壓強，保證反應室內的反應液能順暢流進廢液室。在反應器5的底部出液口外側安裝有出液控制閥8，控制廢液排放。
[0025]現(xiàn)以制取二氧化碳(C02)為例，利用上述的氣速可調的固-液反應氣體發(fā)生裝置制取二氧化碳的方法具體由以下步驟組成:
[0026](1)將碳酸鈣(CaC03)顆粒作為固體反應物通過反應器5頂部的敞口裝入反應室內，將反應器5放在實驗臺用鐵夾固定在鐵架臺上，關閉出液控制閥8，將反應器5內裝滿水，水面低于碳酸鈣顆粒的頂部約1cm，使頂部碳酸鈣顆粒露出，打開出液控制閥8排出廢水，用于排除碳酸鈣顆粒間的空氣，關閉出液控制閥8，該步驟屬于常規(guī)的排空步驟，屬于制取氣體前的準備工作。
[0027](2)將加液器1用鐵夾固定在鐵架臺上，用帶有加液調節(jié)閥2的軟管將加液器1的出液端與反應器5的進液口連通，玻璃頂蓋3的出氣口上連接導氣管4，通過導氣管4與儲氣容器連通，加液調節(jié)閥2處于關閉狀態(tài)，向加液器1中加入4mol/L的稀鹽酸(HC1)待用。
[0028](3)打開加液調節(jié)閥2將稀鹽酸(HC1)滴加至反應器5內的碳酸鈣顆粒上，調節(jié)加液調節(jié)閥2開度，控制稀鹽酸的滴加速度，使鹽酸(HC1)自上而下流動過程中與碳酸鈣(CaC03)顆粒充分接觸并完全反應生成二氧化碳(C02)氣體，所生成的二氧化碳(C02)氣體從碳酸鈣顆粒上方由玻璃頂蓋3的出氣口排出，通過導氣管4收集在氣體收集容器中，反應后廢鹽酸經篩板7進入廢液室中，其中二氧化碳(C02)產氣量是由鹽酸的滴加量來決定，即通過調節(jié)加液調節(jié)閥2控制鹽酸的滴加速度，從而調節(jié)氣體的產生速度；
[0029](4)產氣過程中，反應室與廢液室之間通過壓力平衡管6調整氣壓平衡，保證鹽酸順暢流通，當廢液室中的廢液液面高度接近或高于壓力平衡管6下端口下沿時，打開出液控制閥8將其放出；本實驗所產生的廢液pH可達到5?6左右，不需要再進行廢液處理，可直接排放；若要停止反應時，完全關閉加液調節(jié)閥2，停止滴加鹽酸即可停止反應，未參加反應的稀鹽酸(HC1)還可回收再用，打開反應器5出液口的出液控制閥8，排出本次實驗產生的廢液，再將反應器5取下，由上方倒出未參加反應的碳酸鈣(CaC03)顆粒，清洗后還可回用。
[0030]實施例2
[0031 ] 在本實施例的氣速可調的固-液反應氣體發(fā)生裝置中，反應器5采用玻璃杯結構，參見圖2，使用時可將其放置在實驗平臺上，在反應器5的內腔自上而下3/5的高度位置安裝有一個玻璃篩板7，將反應器5內腔上下分為反應室和廢液室，在廢液室的底部側壁上開有出液口，出液控制閥8安裝在出液口上，用于控制廢液排放。
[0032]其他的部件及其連接關系與實施例1相同。
[0033]用該裝置制取氣體的方法與實施例1相同。
[0034]實施例3
[0035]在本實施例的氣速可調的固-液反應氣體發(fā)生裝置中，進液口開設在反應室內固體反應物上方的側壁上，在進液口上連接有導液管，該導液管的一端向內延伸至反應室內中心軸位置，另一端延伸至反應器5外側通過導管與安裝在加液器1出口端的加液調節(jié)閥2連通，為了保證加入的液體在反應器5內分布均勻，在導液管的末端安裝一個普通的液體分布器即可。在反應器5內自上而下1/2的高度位置安裝一個陶瓷材質的篩板7，篩板7的孔徑為3.0mm,保證反應后的廢液能夠從反應室順利流至廢液室。
[0036]其他的部件及其連接關系與實施例1或2相同。
[0037]利用上述的氣速可調的固-液反應氣體發(fā)生裝置制取二氧化碳氣體的方法與實施例1相同。
[0038]實施例4
[0039]在本實施例的氣速可調的固-液反應氣體發(fā)生裝置中，在反應器5內自上而下4/5的高度位置安裝一個塑料材質的篩板7,篩板7的孔徑為0.2mm,保證反應后的廢液能夠從反應室順利流至廢液室。
[0040]其他的部件及其連接關系與實施例1或2相同。
[0041]利用上述的氣速可調的固-液反應氣體發(fā)生裝置制取二氧化碳氣體的方法與實施例1相同。
[0042]本發(fā)明的反應器5的結構不僅限于上述的管狀或杯狀，還可以是球狀或者葫蘆瓶狀等結構，而且其規(guī)格大小可根據(jù)實際使用選擇。
[0043]本發(fā)明的裝置和方法還可以用于實驗室內制取氫氣、氧氣和硫化氫等氣體。
【權利要求】
1.一種氣速可調的固-液反應氣體發(fā)生裝置，包括反應器(5)，在反應器(5)的頂部開口上設置有頂蓋(3)、底部開有出液口，在出液口上設置有出液控制閥(8)，其特征在于:在反應器(5)的內腔設置有盛放固體反應物的篩板(7)，將反應器(5)的內腔自上而下分為反應室和廢液室，在反應器(5)的側壁上設置有能夠平衡反應器(5)內氣壓的壓力平衡管(6)，壓力平衡管￠)的兩端分別與反應室和廢液室連通，在反應室的上端側壁或頂蓋(3)上開設有進液口和出氣口，進液口通過導管與安裝在加液器(I)出口端的加液調節(jié)閥(2)連通，出氣口上連接有導氣管(4)。
2.根據(jù)權利要求1所述的氣速可調的固-液反應氣體發(fā)生裝置，其特征在于:所述篩板⑵設置在反應器(5)內自上而下1/2?4/5處。
3.根據(jù)權利要求1所述的氣速可調的固-液反應氣體發(fā)生裝置，其特征在于:所述篩板⑵的孔徑為0.2?3.0mm。
4.根據(jù)權利要求1所述的氣速可調的固-液反應氣體發(fā)生裝置，其特征在于:在反應器(5)的進液口上設置有延伸至反應器(5)內中心軸位置的導液管。
5.根據(jù)權利要求1所述的氣速可調的固-液反應氣體發(fā)生裝置，其特征在于:在導液管的出口設置有液體分布器。
6.—種利用權利要求1?5任一項所述的氣速可調的固-液反應氣體發(fā)生裝置的方法，其特征在于由以下步驟組成: 利用加液器(I)從固體反應物的上方向反應器(5)內滴加反應液，反應液向下流動在流經盛放于篩板(7)上的固體反應物過程中與固體反應物充分接觸并完全反應，產生氣體，反應產生的氣體從固體反應物的上方排出，反應廢液流經篩板(7)進入廢液室，通過調節(jié)加液調節(jié)閥(2)控制反應液的滴加速度，通過控制反應液的滴加速度調節(jié)氣體的產生速度，反應室與廢液室之間通過壓力平衡管(6)調整氣壓平衡，當廢液室內液面高度接近或高于壓力平衡管(6)端口下沿時，打開出液控制閥(8)將廢液排出，當停止滴加反應液時，反應即停止。
【文檔編號】B01J7/02GK104399411SQ201410636029
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權日:2014年11月12日
【發(fā)明者】白云山, 陳琳, 鬲國鵬, 何地平, 劉環(huán)環(huán) 申請人:陜西師范大學