一种水蒸汽压可控的饱和水蒸汽发生装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102213407A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102213407A(43)申请公布日2011.10.12(21)申请号201110095129.1(22)申请日2011.04.15(71)申请人北京科技大学地址100083北京市海淀区学院路30号(72)发明人侯新梅虞自由陈志远张梅周国治(74)专利代理机构北京东方汇众知识产权代理事务所(普通合伙)11296代理人刘淑芬(51)Int.Cl.F22B1/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种水蒸汽压可控的饱和水蒸汽发生装置(57)摘要一种水蒸汽压可控的饱和水蒸汽发生装置，属于实验设备领域。包括由三口烧瓶(1)、铝质加热套(2)构成的水蒸汽预发生装置和由玻璃珠(5)、恒温水浴锅(6)、恒温水浴管(7)、虹吸管(8)构成的水蒸汽饱和发生装置。石英管(4)连接水蒸汽预发生装置、水蒸汽饱和发生装置和反应炉，石英管(4)外密排缠绕硅橡胶电热线(3)。本发明通过控制水浴锅的温度来达到控制水蒸汽压的目的，能够产生水蒸汽含量、压力可控的饱和水蒸气水蒸汽，可以在实验室条件下模拟实际高温含水的环境。装置结构简单，容易与已有设备连接，便于更换，为研究者提供了简单便捷的途径。CN102347ACCNN110221340702213414A权利要求书1/1页1.一种水蒸汽压可控的饱和水蒸汽发生装置，其特征在于，包括由三口烧瓶(1)、铝质加热套(2)构成的水蒸汽预发生装置和由玻璃珠(5)、恒温水浴锅(6)、恒温水浴管(7)、构成的水蒸汽饱和发生装置；三口烧瓶(1)设在铝质加热套(2)内；恒温水浴管(7)设在恒温水浴锅(6)内，恒温水浴管下部与虹吸管(8)相连，恒温水浴管内部放满玻璃珠；石英管(4)连接水蒸汽预发生装置、水蒸汽饱和发生装置以及反应炉。2.根据权利要求1所述的一种水蒸汽压可控的饱和水蒸汽发生装置，其特征在于石英管(4)外密排缠绕硅橡胶电热线(3)。3.根据权利要求1所述的一种水蒸汽压可控的饱和水蒸汽发生装置，其特征在于通过控制恒温水浴锅的温度T2来控制气氛中水蒸汽的含量；饱和水蒸汽压和温度之间的关系通过克拉佩龙-克劳修斯方程进行计算：式中：p为水蒸汽压力(kPa)，T为温度(K)，Δ相变Hm为气-液相摩尔焓差值(J/mol)，Δ相变Vm为气-液相摩尔体积差值(L/mol)；或者查阅物理化学手册得到不同温度下水蒸汽的饱和蒸汽压；根据如下公式进一步得到饱和水蒸汽的含量：式中：m为温度T下单位体积中饱和水蒸气的含量(g/m3)；p为饱和水蒸汽的压力(mmHg)；通过调节恒温水浴锅的温度T2，得到不同温度下的饱和水蒸汽分压，从而根据公式(2)得到不同温度下水蒸汽的含量；恒温水浴锅的温度T2需低于铝质加热套的加热温度T1。2CCNN110221340702213414A说明书1/3页一种水蒸汽压可控的饱和水蒸汽发生装置技术领域[0001]本发明属于实验设备领域，涉及一种水蒸汽压可控的饱和水蒸汽发生装置，特别是提供了一种符合实验室要求的能够控制水蒸汽含量、压力的水蒸汽发生装置。背景技术[0002]在航天、冶金等高温领域，非氧化物材料因其具有优良的耐高温和抗腐蚀性能而得到越来越广泛的关注，但在实际应用中，材料的使用环境大多是高温腐蚀，其中水蒸汽就是一种常见的腐蚀环境。例如，作为燃气涡轮重要部件的SiC基复合材料经常处于高温环境中，同时燃料燃烧会产生大量水蒸汽。在冶金领域，由于氢气(H2)的还原能力是CO的14倍，并且属于一种清洁能源，随着“低碳冶金”的倡导，“氢冶金”工艺是钢铁工业发展低碳经济的最佳选择，氢冶金中H2作为主要还原气体，对铁矿石进行还原。在这个工艺过程中，H2的产物是水。由此可知，在“氢冶金”的过程中会产生大量的水蒸汽。在高温含水条件下，非氧化物材料的保护性氧化膜与水发生反应导致氧化物层脱落，从而导致材料失去原有性能。[0003]目前，对于材料在高温含水条件下的使用性能研究较少，原因就是还未有能够提供水蒸汽含量、压力可控的水蒸汽发生装置。发明内容[0004]本发明目的在于发明一种装置，即能够产生含量可控的饱和水蒸汽，可以在实验室条件下模拟实际高温含水的环境，研究材料在高温含水条件下的使用性能，为研究者提供了简单便捷的途径，填补材料研究中设备的空白。[0005]一种水蒸汽压可控的饱和水蒸汽发生装置，由两部分组成：(1)水蒸汽预发生装置，包括铝质加热套、三口烧瓶；(2)饱和水蒸汽发生装置，包括恒温水浴锅、恒温水浴管。水蒸汽预发生装置和饱和水蒸汽发生装置两者之间由石英管连接，再用石英管将气体从饱和水浴管连接至反应炉内，三口烧瓶1设在铝质加热套2内；恒温水浴管7设在恒温水浴锅6内，恒温水浴管下部与虹吸管8相