Исследование фазового равновесия

К системам «газ-твердое тело» относятся процессы адсорбционной очистки газов, сушки, возгонки, разложения твердых веществ, восстановления оксидов и гетерогенно-каталитические реакции.
на состояние равновесия оказывают влияние три параметра:
температура;
давление;
концентрация.

Способы измерения температуры
Термопары
Рис. 1. Схемы действия термопары (а) и измерения температуры с ее помощью (б) и способы зашиты проволок термопар (в)
Рис. 2. Термопара

Таблица 1. Значения т.э.с. термопары Ле Шателье

Хромель-алюмелевую термопару применяют при измерении температур от -100 до +1300 °С, а при длительном использова­нии - только до 900 °С. Хромель - сплав, содержащий 89% Ni, 9-10% Сг, 1% Со, 0,3% Fe и до 0,2% углерода. Алюмель - сплав состава: 94% Ni, 1,8-2,5% А1, 0,85-2,0% Si, 1,8-2,2% Мn и 0,6-1,0% Со.
Медь-константановую термопару применяют при измерении температур от -200 до +400 °С. Константан - сплав на основе меди, содержащий 39-41% Ni и 1-2% Мn. Медь-константановая термопара относится к числу наиболее чувствительных к воздействию температур термоэлементов. Нагревать ее выше 350 °С в атмосфере воздуха не рекомендуется из-за интенсивного окисления меди. Термопару следует поме­щать либо в инертную, либо в восстановительную атмосферу.

Железо-константановую термопару применяют для измерения температур от -200 до +700 °С и кратковременно до 1000 °С. Выше 700 °С такие примеси железа, как углерод, кремний, марганец и некоторые другие, начинают оказывать существен­ное влияние на воспроизводимость т.э.с.
Хромель-копелевую термопару применяют для продолжитель­ного измерения температуры до 600 °С и кратковременного - до 800 °С.
Копель - сплав на основе меди, содержащий 42-44% Ni 0.1-1,0% Мn. Сплав термически устойчив к химическому воз­действию воздуха до 600 вС.
Высокотемпературные термопары изготавливают из металлов, имеющих температуры плавления выше 2500 °С. Их применяют для измерения температур выше 1500 °С. Например, рений-вольфрамовая термопара рекомендуется для измерения температур до 2800 °С.

Термисторы
Это полупроводниковые приборы, измеряющие электропроводность при изменении температуры.
Рис.5. Термисторы

Болометры (термометры сопротивления)
Рис.6. Болометры

Конструкционные материалы
При высоких температурах выше 350 °С и давлении применяются спецстали с добавками никеля, кобальта, кремния, марганца и хрома.
При температурах выше 350 °С и давлениях менее 5 МПа – углеродистая сталь, кварц, керамика.
При низких давлениях и температурах как ниже, так и выше 0 °С используется молибденовое стекло.

Приборы для реакций газов с твердыми веществами
Рис 7. Лабораторные реакторы с горизонтальной (а) и вертикальной (б) трубкой, с приемником жидкой фазы (в) и с наклонной трубкой-реактором (г)

Очистка и осушка газов
Сухая очистка
Газы перед использованием в тех или иных химических операциях очищают от примесей с помощью различных химических реагентов.
Рис. 8. Сосуды для сухой очистки газов: поглотительная колонка (колонка Фрезениуса) (а), U-образная трубка (б) и хлорокальциевая трубка (в)

U-образная трубка
хлорокальциевая трубка
колонка Фрезениуса

Мокрая очистка газов
Рис. 9. Схема оросительных колонок с сифоном (а), эрлифтом (б) и с двумя вводами газа (в)
Рис.10. Оросительная колонка с сифоном

Рис.11. Оросительные колонки с питающей трубкой (а), с внутренним эрлифтом (б) и змеевиковая Шполянского - Коростелевой (в)

Очистка газов от аэрозолей
Рис. 12. Фильтры для улавливания аэрозолей: пластинчатый (а), с силиконовым аслом (б), двухтубусный (в), для газов под давлением (г) и Петрянова (д)

Измерение давления газа
Давление определяют силой, действующей перпендикулярно плоскости и равномерно по ней распределенной:
р = F/S,где
F- сила, Н; S - площадь, м2.
Единица 1 Н/м2 = 1 Па, а 1 атм = 101325 Па, внесистемная единица давления "бар" равна 105 Па.

Жидкостные манометры
В таком приборе измеряемое давление (или вакуум) либо разность давлений уравновешиваются давлением столба манометрической жидкости, заполняющей прибор.
Рис.13. Жидкостные манометры

Рис. 15. Схема ртутного барометра (а); высота мениска (б); U-образный барометр с открытым коленом (в); U-образный дифбарометр (г).
Рис. 14. Ртутный барометр

Таблица 6. Поправки на капиллярное понижение столба ртути в стеклянных трубках

Рис.16. Наклонный барометр (а) и U-образный вакуумметр

Измерение среднего вакуума проводят при помощи вакууметров Гюйгенса и Цимерли.
Рис. 17. Вакуумметры Гюйгенса (а) и Цимерли (б)

Измерение высокого вакуума проводят при помощи жидкостных чашечных вакуумметров с наклонной вакуумметрической трубкой, вакуумметров Дубровина, Мак-Леода и Гурского.
Рис. 18. Чашечный вакуумметр с наклонной вакуумметрической трубкой (а) и вакуумметр Дубровина (б)

Рис. 19. Вакууметры Мак-Леода (а) и Гурского (б)

Деформационные манометры
К этому типу манометров относят приборы, в которых измеряемое давление определяют по деформации упругих элементов: трубчатых пружин, плоских и гофрированных мембран, мембранных коробок, полых кварцевых спиралей и ложечек.
Рис. 20. Анероид (а) и манометр Бурдона (б)

Рис. 21. Барометр - анероид
Рис. 22. Манометр с трубкой Бурдона.

Рис. 23. Кварцевые вакуумметры Боденштейна (а) и ложечковый (б)