Ячейка для кулонометрическогоТиТРОВАНия Советский патент 1981 года по МПК G01N27/42 

(54) ЯЧЕЙКА ДЛЯ КУЛОНОМЕТРИЧЕСКОГО ТИТРОВАНИЯ

1

Изобретение относится к исследованию материалов с помощью электрических средств и может быть использовано в приборостроении черной и цветной металлургии , химической промы ц-ченности.

Известна ячейка для кулометрического титрования, предназначенная для определения содержания,сернистого газа в продуктах сжигания навески в кислороде, используемая в анализаторе стали и сплавов на серу flj

Ячейка содержит поглотительный (катодный) отсек, в котором расположены в.спомогательный (анодный) отсек с установленной в дне его пористой перегородкой и ввод газа, а также электродные элементы. Электродный эл мент для измерения потенциала (соответствующего определенному значению рН) выполнен в виде сменного блока с индикаторным и вспомогательным электродами , измерительные концы которых сверху введены в поглотительный отсек. Этот электродный элемент зафиксирован в одном строго определенном положении. Электродный элемент для генерирования титранта содержит два электрода: анод, расположенный в ано ном отсеке, и катод, расположенный

горизонтально под пористой перегородкой в поглотительном отсеке.

В отсеки заливают соответствукяцие растворы.

Недостатками известной ячейки являются ее большая инерционность,обусловленная недостаточно эффективным перемешиванием поглотительного раствора, осуществляемым барботирующим

0 потоком.анализируемого газа, размещение электродного элемента для измерения потенциала (рН) в зоне барботажа, а также отсутствие элементов настройки ячейки. Совокупность указанных

5 недостатков приводит к низкой чувствительности ячейки и невысокой точности анализа.

Наиболее близким техническим решением является ячейка для кулонометри0ческого титрования газов, в частности для измерения концентрации сернистого ангидрида в различных газах 2.

Ячейка содержит поглотительный отсек, включающий два вертикальных ка5нала, верхний и нижний соединительные каналы, заполненные электролитом.В одном ИЗ вертикальных каналов (первом) установлены электродный элемент для генерирования титранта и электродный

0 .элемент для измерения потенциала. Ввод газа расположен на дне этого же (первого) вертикального канала. Здесь же расположена пористая перегородка {стеклянный фильтр) . Данная ячейка обеспечивает хорошее перемешивание раствора за счет интенсивной его циркуляции,, возникающей следующим образом: газ, поднимаясь вверх, по первому вертикальному кана лу, увлекает за собой жидкость, находящуюся в этом канале, на место этой жидкости перетекает через нижний соединительный канал раствор из второго канала. Недостатками дг.нной ячейки являются размещение электродного элемента для измерения потенциала в том же канале, что и ввод газа, т.е. в зоне бар.ботажа, а также отсутствие элемен тов настройки ячейки, что приводит к недостаточной чувствительности ячейк и точности анализа. Цель изобретения - повьпнение чувствительности ячейки и точности анализа. Эта цель достигается тем, что в устройстве для кулонометрического титрования, содержащем поглотительный отсек, включающий два вертикальных канала, верхний и нижний соедини тельные каналы, пористую перегородку электродные элементы для измерения потенциала и для «генерирования титранта, расположенные в первом вертикальном канале, и штуцер для ввода газа, -штуцер для ввода газа расположен во втором вертикальном канале, электродный элемент для измерения рН выполнен с возможностью вращения вокруг оси вертикального канала, электрод электрического элемента для генерирования титранта на оси нижнего соединительного канала перпендикулярно ей со смещением от; оси первого вертикального канала в сторо ну второго вертикального канала, величина которого определяется из соот ношения 1/d 0,3-0,5, где 1 - расстояние между осями элект рода электрического элемента для генерирования титранта и первого вертикального канала d - диаметр первого вертикально го канала. На чертеже представлена схема яч ки, разрез. Ячейка для кулонометрического ти рования содержит поглотительный отс 1, в Котором выполнены два вертикал ных канала, соединенные между собой верхним и нижним каналами.Ячейка со держит также электродный элемент 2 для измерения потенциала (рН), в ко торый входят индикаторный 3 и вспом гательный 4 электроды, измерительны концы которых введены в первый вертикальный канал электродный элемен ля генерирования титранта - катод 5, также вспомогательный (анодный) тсек 6 с анодом 7 и пористой перегоодкой 8 в дне отсека. Поглотительный (катодный) 1 и вспомогательный (анодный) б отсеки в.ставлены внутрь промежуточного (буферного ) сосуда 9. Оба отсека 1 и б и буферный сосуд 9 закрыты общей крышкой 10, на которой устанавливается электродный элемент2 для измерения потенциала (рН),узел 11 регулирования и фиксации положения этого электродного элемента 2, фиксатор положения анода 7 (на чертеже не показан), фланец 12 ввода газа 13, введенного сверху во второй вертикальный канал поглотительного (катодного) отсека 1 и выходной штуцер 14 для выхода газа. Узел 11 регулирования и фиксации положения электродного элемента 2 для измерения потенциала (рН) содержит фланец 15 с отверстием, в которое вставлен этот электродный элемент 2 с возможностью поворота относительно фланца 15, стопорный винт 16, с помощью Которого можно зафиксировать положение электродного элемента 2 для измерения потенциала (рН) относительно фланца 15, два винта 17 (на чертеже показан один), служащих для соединения фланца 15 и всего узла 11 в целом с крышкой 10. Ось отверстия фланца 15 совпадает с осью первого вертикального канала, по этой же оси перпендикулярно ей в дне поглотительного (катодного) отсека 1 установлена пористая перегородка 8. Катод 5 электродного элемента для генерирования титрата размещён и зафиксирован в постоянном положении в стенке поглотительного (катодного) отсека 1 таким .образом, что ось катода 5 находится на оси нижнего соединительного канала перпендикулярно ей со смещением от оси первого вертикального канала в сторону второго вертикального канала,.-Определяемым конфигурацией эквипотенциальных поверхностей электрического поля, возникающего в поглотительном отсеке 2 при протекании тока титрования. Ввод газа 13 подсоединяют к выходу, печи 18, через которую подается кислород из блок.а 19 газоподготовки. Электродный элемент 2 для измерения потенциала (рН) подключают ко входу рН - метра 20 электронного измерительного блока 21. Электродныйэлемент для генерирования титранта (катод 5 и анод 7) подсоединяют к источнику 22 тока. Поглотительный (катодный) 1 и вспомогательный (анодный) 6 отсеки, а также промежуточный (буферный) сосуд заполнены соответствующими растворами . Настройка ячейки, выполняемая лишь при изготовлении и наладке прибора в целом, осуществляется следующим о разом. Тумблером (не показан на чертеже включают и выключают ток титрования При этом наблюдают за показаниями вторичногоприбора рН.- меура 20. Если при коммутации тока наблюдаютс броски стрелки, сигнализирующие о наличии разности потенциалов между точками поглотительного раствора, в которых расположены измерительные части индикаторного 3 и вспомогатель ного 4 электродов, т.е. о том, что указанные электроды не находятся на одной эквипотенциальной поверхности (ГО ослабляют винты 16 и 17, входящие в узел 11 регулирования и фиксации положения электродного элемента 2 для измерения рН, медленно вращают рукой этот электродный элемент 2 во фланце 15, одновременно коммутируя ток титрования тумблером и наблюдая за показаниями вторичного прибора рН - метра 20. При выбранном соответ ствующим образом (как указано выие) положении катода всегда имеются два крайних диаметрально противоположных положения электродного элемента 2 для измерения рН, при которых направление бросков стрелки вторичного прибора рН - метра 20 взаимно противоположно. Поэтому всегда можно выбрать некоторое промежуточное положение электродного элемента. 2 дл измерения рН во фланце 15, при котором бросок становится равным нулю, что означает, что индикаторный 3 и вспомогательный 4 электроды оказалис на эквипотенциальной поверхности. В этом положении фиксируют винты 16 и 17.. Конструкция узла 11 регулирования и фиксации положения электродного элемента 2 для измерения потенциала (рН) обеспечивает воспроизводимость, положения этого элемента при необ- ходимости его извлечения и последующей установки, благодаря чему исключается необходимость повторения процедуры настройки ячейки. Указанная воспроизводимость дости гается за счет того, что положение фланца 15 относительно крышки 10, а следовательно, относительно поглотительного (катодного) отсека 1 и всех его элементов, в том числе катода, фиксировано и определяется рас положением винтов 17. Для извлечения и повторной, устано ки электродного элемента 2 для измерения рН достаточно отвернуть (завер нуть) винты 17, не отворачивая стопо ный винт 16. Благодаря зажатому винт 16 не меняется положение электродног го элемента 2 для измерения рН относительно фланца 15, а так как положение фланца 15 фиксировано, то фиксировано и положение электродного элемента 2 для измерения потенциала (рН) и измерительные концы индикаторного 3 и вспомогательного 4 электро-. дов всегда попадают на эквипотенциальную поверхность. Устройство работает с.ледующим образом. Пробу сжигают в печи 18 в потоке кислорода, поступающего из блока 19 газопродготовки. Образовавшийся сернистый газ в том же потоке кислорода через фланец 12 и ввод газа 13 поступает в нижнюю часть вторюго вертикального канала поглотительного (катодного) отсека 1. Подымающиеся вверх по второму вертикальному каналу пузыри газа увлекают находящийся .в этом канале поглотительный раствор, на место которого через нижний горизонтальный соединительный канал перетекает раствор из верхнего первого вертикального канала. При этом возникает интенсивная циркуляция и перемешивание раствора в поглотительном (катодном) отсеке 1. Адсорбция SQ раствором осуществляется во втором вертикальном канале в процессе подъема пузырей газа. Выход газа из ячейки происходит через штуцер 14, расположенный в крышке 10. При поглощении SO/j происходит закисление раствора - уменьшение величины рН. Сигна.п об изменении рН с помощью электродного элемента 2 для измерения потенциала (рН), включающего индикаторный 3 и вспомогательный 4 электроды, поступает на вход рН метра 20 измерительного электронного блока 21. Сигнал с выхода рК-метра поступает на регулятор 23 тока, управляющий источником 22 тока, подключенным к электродному элементу для генерирования титранта - катоду 5 и аноду 7. Силовые линии тока замыкаются через поглотительный раствор и пористую перегородку 8 поглотительного (катодного) отсека 1, раствор буферного сосуда 9, вспомогательный раствор и пористую перегородку В вспомогательного (анодного) отсека 6. Ток, генерируемый источником 22, интегрируется специальным кулонометром 24, а затрачиваемое количество электричества с помощью специального преобразователя 25 индицируется на цифровом табло измерительного электронного блока в процентах серы. При Протекании тока титрования рН поглотительного раствора снова увеличиваетя. Ток протекает до тех пор, пока еличина рН не возвратится к исходноу значению. Количество электричества атраченное на весь процесс титроваия, в соответствии с законом Фараея для электролиза, эквивалентно коичеству поглощенного SQ,a следоваельно, и содержанию серы в анализиуемой пробе. Преимущества предлагаемой ячейки аключаются в следующем.

Измерительные концы индикаторного и вспомогательного электродов для измерения рН находятся в интенсивном, но ламинарном нисходящем потоке жидкости. Пузырей газа в области их расположения нет, так как газ поднимается по второму каналу и уходит из раствора, не попадая в первый канал, в котором расположен электродный элемент для измерения потенциала (рН). При этом отсутствуют разрывы измерительной цепи указанного электродного элемента и связанные с ними флуктуации потенциала относительно номинального значения, то уменьшает зону нечувствительности ячейки и повышает чувствительность устройства в делом. Наличие узла регулирования и фиксации положения электродного элемента для измерения рН при выбранном соответствующим образом фиксированном положении электродного элемента для генерирования титранта - катода обеспечивает возможность предварительной настройки ячейки с целью устранения ошибки измерения потенциала и, как следствие, повышение точности анализа. Процедура настройки проста по исполнению и выполняется лишь при изготовлении и наладке при, бора в целом. . Конструкция узла регулирования и фиксации положения электродного элемента для измерения рН обеспечивает возможность воспроизведения положения этого элемента при необходимости его извлечения и последующей установки, благодаря чему при этом нет необходимости в повторении процедуры настройки ячейки.

Предлагаемая ячейка обладает чувс витальностью, обеспечивающей точность анализа в 3 раза выше, чем известные устройства.

Ячейка может быть использована в анализаторах металлов и углеродных материалов на серу, используемых на предприятиях черной и цветной металлургии.

Формула изобретения

е/а( 0,3-0,5,

расстояние между осями электродного элемента для генерирования титранта и первого вертикального канала;

d диаметр первого вертикального канала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

с. 9-10, рис. 3.

2.Казаков А.В., Кантарев В.М., Галкин Л.Г. Титрометры. М-., Машиностроение, 1973, с. 183-188, рис. 110 Л .