Ячейка для кулонометрическоготитрования

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

< >840727

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61.) Дополнительное к авт. свмд-ву (51}м. кл.з (22) Заявлено 0609.79 (21) 2830420/18-25 с присоединением заявки ¹.G 01 К 27/42

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 230681 Бюллетень ¹ 23

Дата опубликования описания 2 3.06.81 (53} УДК 543. 257 (088.8) (72) Авторы изобретения

А.С. Беневольский и Ю А. Иванов! !!

Всесоюзный научно-исследовательский институт автоматизации черной металлургии (71) Заявитель (54 ) ЯЧЕЙКА ДЛЯ КУЛОНОМЕТРИЧЕСКОГО ТИТРОВАНИЯ

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

Известна ячейка для кулометрического титрования, предназначенная для определения содержания сернистого ra- 10 за в продуктах сжигания навески в кислороде, используемая в анализаторе стали и сплавов на серу 11 .

Ячейка содержит поглотительный (катодный) отсек, в котором расположены вспомогательный (анодный) отсек с установленной в дне его пористой перегородкой и ввод газа, а также электродные элементы. Электродный элемент для измерения потенциала (соответствующего определенному значению 20 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 анодном отсеке, и катод, расположенный 30 горизонтально под пористой перегородкой в поглотительном отсеке.

В отсеки заливают соответствующие растворы.

Недостатками известной ячейки являются ее большая инерционность,обусловленная недостаточно эффективным перемешиванием поглотительного раствора, осуществляемым барботирующим потоком. анализируемого газа, размещение электродного элемента для измерения потенциала (рН) в зоне барботажа, а также отсутствие элементов настройки ячейки. Совокупность указанных недостатков приводит к низкой чувствительности ячейки и невысокой точности анализа.

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

Ячейка содержит поглотительный отсек, включающий два вертикальных канала, верхний и нижний соединительные каналы, заполненные электролитом.В одном йз вертикальных каналов (первом) установлены электродный элемент для генЕрирования титранта н электродный элемент для измерения потенциала.

840727

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 каналу, увлекает за собой жидкость, находящуюся в этом канале, на место этой жидкости перетекает через нижний соединительный канал раствор из второго канала.

Недостатками д †.иной ячейки являются размещение электродного элемента для измерения потенциала в том же канале, что и ввод газа, т.е. в зоне барботажа, а также отсутствие элементов настройки ячейки, что приводит к недостаточной чувствительности ячейки и точности анализа. 20

Цель изобретения — повышение чувствительности ячейки и точности анализа.

Эта цель достигается тем, что в устройстве для кулонометрического 25 титрования, содержащем поглотительный отсек, включающий два вертикальных канала, верхний и нижний соединительные 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 пер- 40 пендикулярно ей со смещением от оси первого вертикального канала в сторону второго вертикального канала, величина которого определяется из соотношения

1 8 = 0,3-0 5 где 1 — расстояние между осями электроца электрического элемента для генерирования титранта и первого .вертикального канала, d — диаметр первого вертикального какала.

На чертеже представлена схема ячейки, разрез.

Ячейка для кулонометрического тит- 55 рования содержит поглотительный отсек

1, в котором выполнены два вертикальных канала, соединенные между собой верхним и нижним каналами. Ячейка содержит также электродный элемент 2 g(} для измерения. потенциала (рН), в который входят индикаторный 3 и вспомогательный 4 электроды, измерительные концы которых введены в первый вертикальный канал; электродный элемент б5 для генерирования титранта — катод 5, а также вспомогательный (анодный) отсек б с анодом 7 и пористой перегородкой 8 в дне отсека. Поглотительный (катодный) 1 и вспомогательный (анодный) б отсеки вставлены 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 размещен 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 блока 19 газоподготовки.

Электродный элемент 2 для измерения потенциала (рН) подключают ко входу рН вЂ” метра 20 электронного измерительного блока 21. Электродный элемент для генерирования титранта (катод 5 и анод 7) подсоединяют к источнику

22 тока.

Поглотительный (катодный) 1 и вспомогательный (анодный) б отсеки, а также промежуточный (буферный) сосуд заполнены соответствующими растворами.

Настройка ячейки, выполняемая лишь при изготовлении и наладке прибора

840727

Ток, генеррруемый 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 увеличивается. Ток протекает до тех пор, пока величина рН не возвратится к исходному значению. Количество электричества затраченное на весь процесс титрования, в соответствии с законом Фарадея для электролиза, эквивалентно количеству поглощенного SO,а следовательно, и содержанию серы в анализируемой пробе.

Преимущества предлагаемой ячейки заключаются в следующем. в целом, осуществляется следующим образом.

Тумблером (не показан на чертеже) включают и выключают ток титрования.

При этом наблюдают за показаниями вторичного. прибора рН. — метра 20.

Если при коммутации тока наблюдаются броски стрелки, сигнализирующие о наличии разности потенциалов между точками поглотительного раствора, в, которых расположены измерительные части индикаторного 3 и вспомогательного 4 электродов, т.е. о том, что указанные электроды не находятся на одной эквипотенциальной поверхности, то 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 20 за показаниями вторичного прибора рН вЂ” метра 20. При выбранном соответствующим образом (как указано выше) положении катода всегда имеются два крайних диаметрально противоположных положения электродного элемента

2 для измерения рН, при которых направление бросков стрелки вторичного прибора рН вЂ” метра 20 взаимно противоположно. Поэтому всегда можно выбрать некоторое промежуточное положение электродного элемента. 2 для измерения рН во фланце 15, при котором бросок становится равным нулю, что означает, что индикаторный 3 и вспомогательный 4 электроды оказались на эквипотенциальной поверхности.

В этом положении фиксируют винты 16 и 17.

Конструкция узла 11 регулирования и фиксации положения электродного 40 элемента 2 для измерения потенциала (рН) обеспечивает воспроизводимость. положения этого элемента при необходимости его извлечения и последующей установки, благодаря чему исклю- 4 чается 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 ка-. тода, фиксировано и определяется расположением винтов 17.

55 для извлечения и повторной. установки электродного элемента 2 для измерения рН достаточно отвернуть (завернуть) винты 17, не отворачивая стопорный винт 16. Благодаря зажатому винту

16 не меняется положение электродно-.. 60 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 индикатор« ного 3 и вспомогательного 4 электродов всегда попадают на эквипотенциальную поверхность.

Устройство работает следующим о6разом.

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 второго 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 погл тительном (катодном) отсеке 1. Адсорбция SO< 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 50 происходит закисление раствора — уменьшение величины рН. Сигнал 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 ph-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 логлотительного (катодного ) отсека 1, раствор буферного сосуда 9, вспомогательный раствор и пористую перегородку 8 вспомогательного (анодного) отсека 6.

840727

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 целом.

Наличие узла регулирования и фиксации положения электродного элемента для измерения рН при выбранном соответствующим образом фиксированном положении электродного элемента для 20 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 прибора в целом..Конструкция узла регулирования и фиксации положения элект- . родного 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 чувствительностью, обеспечивающей точность анализа в 3 раза выше, чем известные устройства. 40

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

1. Ячейка для кулонометрического титрования, содержащая поглотительный отсек, включающий два вертикальных канала, верхний и нижний соединительные каналы, пористую перегородку, электродные элементы для измерения потенциала и для генерирования титранта, расположенные в первом вертикальном канале, и штуцер для ввода газа, отличающаяся тем, что, с целью повышения чувствительности ячейки и точности анализа штуцер для ввода газа расположен во втором вертикальном канале, электродный элемент для измерения потенциала выполнен с возможностью вращения вокруг оси вертикального канала, электродный элемент для генерирования титранта размещен на оси нижнего соединительного канала перпендикулярно ей со смещением относительно оси первого вертикального канала в сторону второго вертикального канала, величина которого определяется из соотношения

В!<Я = 0,3-0,5, где 1 — расстояние между осями электродного элемента для генерирования титранта и первого вертикального канала;

d — диаметр первого вертикального канала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Экспресс-анализатор стали и сплавов на серу AC-7012. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 7012ТО, Минчермет СССР, Главэнерго, ВНИИАчермет, М., 1974, с. 9-10, рис. 3.

2. Казаков A Â., Кантарев В.N-, Галкин Л.Г. Титрометры. М, "Машиностроение", 1973, с. 183-188, рис. 110.

840727

Г

Составитель И; Рогаль

Редактор С. Патрушева Техред g. Кастелевиц .Корректор Г. Решетник

Заказ 4752/64 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-.35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4