一種可控制溶液中離子濃度的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可以控制腐蝕實(shí)驗(yàn)中溶液離子濃度的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法，適用于腐蝕模擬研究，特別是長期實(shí)驗(yàn)研究中的離子濃度控制，屬于模擬實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)中一般通過控制水溶液中的Fe2+濃度到一定范圍(如小于1ppm)以間接地說明碳鋼或不銹鋼等材料的裝置或管道的腐蝕速率被控制到要求的范圍。若溶液中的Fe2+濃度超過被要求的范圍，現(xiàn)場操作人員一般需要采取調(diào)整工藝參數(shù)或腐蝕控制措施。實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)一般只控制實(shí)驗(yàn)開始時(shí)溶液成份，溫度、壓力及PH值等實(shí)驗(yàn)條件，實(shí)驗(yàn)過程中由于碳鋼或不銹鋼等材料的腐蝕，實(shí)驗(yàn)溶液中Fe2+濃度隨實(shí)驗(yàn)時(shí)間而變化。如不控制實(shí)驗(yàn)過程中溶液成份，在有些實(shí)驗(yàn)條件下溶液中Fe2+濃度遠(yuǎn)超過工業(yè)中對Fe2+的控制要求，因此，這類模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)際上并不能正確模擬工況條件下金屬的腐蝕行為?？刂茖?shí)驗(yàn)過程中溶液離子濃度成了準(zhǔn)確模擬工況條件下金屬腐蝕行為的關(guān)鍵。
[0003]專利號201110268926.5公開了一種降低含鈣溶液中鈣離子濃度的方法，該方法將鈣溶液與鈣結(jié)合劑進(jìn)行第一接觸，并將第一接觸所得產(chǎn)物與鈣分離劑進(jìn)行第二接觸，使得第一接觸所得溶液中鈣離子含量降低至0.02g/L以下，第二接觸所得溶液中鈣離子含量降低至0.008g/L以下，其中鈣分離劑只要能夠促進(jìn)沉淀物聚集即可。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種可控制溶液中離子濃度的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是:
[0006]—種可控制溶液中離子濃度的實(shí)驗(yàn)裝置，包括密封反應(yīng)容器、溶液循環(huán)管道和離子交換樹脂裝填管，密封反應(yīng)容器外接溶液循環(huán)管道，溶液循環(huán)管道的進(jìn)口端連接在密封反應(yīng)容器的一端，溶液循環(huán)管道的出口端連接在密封反應(yīng)容器的另一端，在溶液循環(huán)管道上設(shè)置有循環(huán)栗，所述離子交換樹脂裝填管串接在溶液循環(huán)管道上，在溶液循環(huán)管道上對應(yīng)離子交換樹脂裝填管的兩端處設(shè)置有第一截止閥和第二截止閥，在密封反應(yīng)容器上設(shè)置有實(shí)驗(yàn)氣體進(jìn)氣口、出氣口、工作試樣、參比電極和輔助電極。
[0007]優(yōu)選的，所述密封反應(yīng)容器上還設(shè)置有用以降低實(shí)驗(yàn)過程溶液揮發(fā)的冷凝管。
[0008]優(yōu)選的，所述密封反應(yīng)容器上還設(shè)置有用以測量溶液pH值的pH電極。
[0009]優(yōu)選的，所述密封反應(yīng)容器包括容器本體和蓋體，在容器本體和蓋體之間設(shè)置有密封環(huán);在蓋體上對應(yīng)設(shè)置溶液循環(huán)管道的進(jìn)口端、出口端、實(shí)驗(yàn)氣體進(jìn)氣口、出氣口、工作試樣、參比電極和輔助電極的位置處設(shè)置開孔，在開孔內(nèi)塞入橡皮塞，在橡皮塞上設(shè)置與溶液循環(huán)管道的進(jìn)口端、出口端、實(shí)驗(yàn)氣體進(jìn)氣口、出氣口、工作試樣、參比電極和輔助電極相適配的插孔。
[0010]優(yōu)選的，所述離子交換樹脂裝填管包括管體、固定件和密封件，在管體內(nèi)裝填有離子交換樹脂，在管體的兩端設(shè)置有內(nèi)螺紋，在固定件上設(shè)置有外螺紋，管體的兩端與固定件螺紋連接，密封件與固定件連接，密封件的一端連通管體，密封件的另一端接入溶液循環(huán)管道，在密封件內(nèi)設(shè)置有濾網(wǎng)。
[0011]優(yōu)選的，在密封件上還設(shè)置有O型圈。
[0012 ]上述可控制溶液中離子濃度的實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟:
[0013]a從實(shí)驗(yàn)氣體進(jìn)氣口向密封反應(yīng)容器中通入實(shí)驗(yàn)氣體，排出密封反應(yīng)容器中的氧氣，氣體從出氣口排出；
[0014]b打開循環(huán)栗、第一截止閥和第二截止閥，密封反應(yīng)容器中的溶液從溶液循環(huán)管道的進(jìn)口端進(jìn)入溶液循環(huán)管道，在離子交換樹脂裝填管中溶液中的離子與離子交換樹脂中的離子交換，經(jīng)離子交換后的溶液通過溶液循環(huán)管道的出口端返回至密封反應(yīng)容器中。
[0015]優(yōu)選的，所述溶液中待交換的離子為金屬離子。
[0016]優(yōu)選的，根據(jù)溶液中金屬離子的積累情況，調(diào)節(jié)循環(huán)栗的旋轉(zhuǎn)速度，以改變?nèi)芤号c離子交換樹脂的接觸時(shí)間，使金屬離子的濃度控制在要求范圍之內(nèi)。
[0017]優(yōu)選的，為了增加離子交換樹脂的利用效率，所述循環(huán)栗正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)交替進(jìn)行。
[0018]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:
[0019]現(xiàn)有技術(shù)在腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)過程中不控制離子的濃度，實(shí)驗(yàn)中由于金屬的腐蝕，實(shí)驗(yàn)溶液中金屬離子濃度不斷積累，可能超過工業(yè)界對溶液中金屬離子濃度的控制要求，金屬的腐蝕行為與工業(yè)界金屬管道與設(shè)備的腐蝕行為不同，可能導(dǎo)致腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種可控制溶液離子濃度的實(shí)驗(yàn)裝置和方法，通過一個(gè)栗將實(shí)驗(yàn)溶液栗出反應(yīng)容器，溶液經(jīng)過裝離子交換樹脂的管路后返回反應(yīng)容器，通過監(jiān)測溶液中金屬離子濃度來控制栗的轉(zhuǎn)速和溶液與離子交換樹脂的時(shí)間，使金屬離子的濃度控制在要求范圍，能準(zhǔn)確模擬工業(yè)界的腐蝕過程。若實(shí)驗(yàn)過程中是需要控制陰離子的濃度到一定的范圍，也可以采用上述裝置和方法。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0021]圖1為本發(fā)明可控制溶液中離子濃度的實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為離子交換樹脂裝填管的管體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為離子交換樹脂裝填管的密封件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為離子交換樹脂裝填管的固定件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為離子交換樹脂裝填管的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種可控制溶液中離子濃度的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法，通過一個(gè)栗將實(shí)驗(yàn)溶液栗出反應(yīng)容器，溶液經(jīng)過裝離子交換樹脂的管路后返回反應(yīng)容器，通過監(jiān)測溶液中金屬離子濃度來控制栗的轉(zhuǎn)速和溶液與離子交換樹脂的接觸時(shí)間。若實(shí)驗(yàn)溫度與外界環(huán)境溫度相差較大，需對裝離子交換樹脂的離子交換樹脂裝填管進(jìn)行保溫處理。為了充分利用管路中的離子交換樹脂，可以通過栗的反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置處于密閉環(huán)路系統(tǒng)，溶液循環(huán)使用。將該實(shí)驗(yàn)裝置和方法應(yīng)用到腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可控制溶液中的離子濃度到要求的范圍，更好的模擬工況條件下金屬的腐蝕環(huán)境，特別適用于長時(shí)間的腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)。
[0027]如圖所示，一種可控制溶液中離子濃度的實(shí)驗(yàn)裝置，包括密封反應(yīng)容器1、溶液循環(huán)管道和離子交換樹脂裝填管5，密封反應(yīng)容器I外接溶液循環(huán)管道，溶液循環(huán)管道的進(jìn)口端2連接在密封反應(yīng)容器的一端，溶液循環(huán)管道的出口端3連接在密封反應(yīng)容器的另一端。在溶液循環(huán)管道上設(shè)置有循環(huán)栗4，所述離子交換樹脂裝填管5串接在溶液循環(huán)管道上，在溶液循環(huán)管道上對應(yīng)離子交換樹脂裝填管5的兩端處設(shè)置有第一截止閥3和第二截止閥6。在密封反應(yīng)容器I上設(shè)置有實(shí)驗(yàn)氣體進(jìn)氣口 7、出氣口 14、工作試樣10、參比電極8和輔助電極11。
[0028]作為對本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，所述密封反應(yīng)容器I上還設(shè)置有用以降低實(shí)驗(yàn)過程溶液揮發(fā)的冷凝管9，以及用以測量溶液pH值的pH電極12。
[0029]上述密封反應(yīng)容器I包括容器本體和蓋體，在容器本體和蓋體之間設(shè)置有密封環(huán)，保證容器本體與蓋體之間的密封。在蓋體上對應(yīng)設(shè)置溶液循環(huán)管道的進(jìn)口端、出口端、實(shí)驗(yàn)氣體進(jìn)氣口、出氣口、工作試樣、參比電極和輔助電極的位置處設(shè)置開孔，在開孔內(nèi)塞入橡皮塞，在橡皮塞上設(shè)置與溶液循環(huán)管道的進(jìn)口端、出口端、實(shí)驗(yàn)氣體進(jìn)氣口、出氣口、工作試樣、參比電極和輔助電極相適配的插孔，通過橡皮塞的彈性保持這些接口的密封。離子交換樹脂裝填管5包括管體15、固定件18和密封件17，在管體15內(nèi)裝填有離子交換樹脂，在管體的兩端設(shè)置有內(nèi)螺紋，在固定件上設(shè)置有外螺紋，管體的兩端與固定件螺紋連接。密封件17與固定件18連接，密封件的一端連通管體，密封件的另一端接入溶液循環(huán)管道，在密封件內(nèi)設(shè)置有濾網(wǎng)，在密封件上還設(shè)置有O型圈16。
[0030]上述可控制溶液中離子濃度的實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟:
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