Ячейка для кулонометрическоготитрования

Союз Советских Социалистических РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 840727(61.) Дополнительное к авт. свмд-ву 51)М. Кл 2) Заявлено 0609,79 (21) 2830420/18 с присоединением заявки 601 К 27 рственный комитетСССРлам изобретенийи открытий(23) Приоритет по публиковано 230681 Бюллетень Мо 2ата опубликования описания 2 3,06.81 УДК 543,25,С, Беневольс есоюзный научно-исследовательский институт автоматизации черной металлургии аявите(54) ЯЧЕЯ УЛОНОМЕТРИЧЕСКОГО ТИТРОВАНИ 10 15 20 5 0 Изобретение относится к исследованию материалов с помощью электрических средств и может быть использовано в приборостроении черной и цветной металлургии, химической промышленности.Известна ячейка для кулометричесого титрования, предназначенная для пределения содержания сернистого газа 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 эле 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 анодном отсеке, и катод, расположенный горизонтально под пористой перегородкой в поглотительном отсеке,В отсеки заливают соответствующиерастворы,Недостатками известной ячейки являются ее большая инерционность,обусловленная недостаточно эффективнымперемешиванием поглотительного раствора, осуществляемым барботирующимпотоком. анализируемого газа, размещение электродного элемента для измерения потенциала (рН) в зоне барботажа, а также отсутствие элементов настройки ячейки, Совокупность указанныхнедостатков 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 соединительныеканалы, заполненные электролитом.В одном из вертикальных каналов (первом)установлены электродный элемент длягенЕрирования титранта н электродныйВвод газа расположен на дне этого же(первого) вертикального канала. Здесьже расположена пористая перегородка(стеклянный фильтр).Данная ячейка обеспечивает хорошееперемешивание раствора за счет.интенсивной его циркуляции, возникающейследующим образом: газ, поднимаясьвверх, по первому вертикальному каналу, увлекает за собой жидкость, находящуюся в этом канале, на местоэтой жидкости перетекает черезнижний соединительный канал раствор из второго канала.Недостатками д. в .иной ячейки являются размещение электродного элемента для измерения потенциала в том же "5канале, что и ввод газа, т.е. в зонебарботажа, а также отсутствие элементов настройки ячейки, что приводит кнедостаточной чувствительности ячейкии точности анализа. 20Цель изобретения - повышение чувствительности ячейки и точности анализа.Эта цель достигается тем, что вустройстве для кулонометрического 25титрования, содержащем поглотительный отсек, включающий два вертикальных канала, верхний и нижний соединительные каналы, пористую перегородку,электродные элементы для измеренияпотенциала и для генерирования титранта, расположенные в первом вертикальном канале, и штуцер для вводагаза, .штуцер для ввода газа расположен во втором вертикальном канале,электродный элемент для измерениярН выполнен с возможностью вращениявокруг оси вертикального канала,электрод электрического элементадля генерирования титранта на осинижнего соединительного канала перпендикулярно ей со смещением от осипервого вертикального канала в сторо.ну второго вертикального канала, величина которого определяется из соотношения451/д = 0,3-0,5,где 1 - расстояние между осями электроца электрического элемента для генерирования титранта и первого .вертикального каналафд - диаметр первого вертикального какала,На чертеже представлена схема ячейки, разрез.Ячейка для кулонометрического титрования содержит поглотительный отсек 1, в котором выполнены два вертикальных канала, соединенные между собой верхним и нижним каналами. Ячейка содержит также электродный элемент 2 що для измерения. потенциала (рН), в который входят индикаторный 3 и вспомогательный 4 электроды, измерительные концы которых введены в первый вертикальный канал; электродный элемент б 5 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 элемент.2 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 - 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) б отсеки, а также промежуточный (буферный) сосуд заполнены соответствующими растворами.Настройка ячейки, выполняемая лишь при изготовлении и наладке прибораТок, генеррруемый источником 22,интегрируется специальным кулонометром 24, а затрачиваемое количествоэлектричества с помощью специальногопреобразователя 25 индицируется нацифровом табло измерительного электронного блока в процентах серы. Припротекании тока титрования рН поглотительного раствора снова увеличивается. Ток протекает до тех пор, покавеличина рН не возвратится к исходному значению. Количество электричествазатраченное на весь процесс титрования, в соответствии с законом фарадея для электролиза, эквивалентно количеству поглощенного 502,а следовательно, и содержанию серы в анализируемой пробе,Преимущества предлагаемой ячейкизаключаются 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 20.5 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 )5 положения электродного элемента 2 для измерения рН, медленно вращают рукой этот электродный элемент 2 во фланце 15, одновременно коммутируяток титрования тумблером и наблюдая 20за показаниями вторичного прибора рН - метра 20. При выбранном соответствующим образом (как указано выше) положении катода всегда имеются двакрайних 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 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 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 катода, фиксировано и определяется расположением винтов 17.55Для 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 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 электродов всегда попадают на эквипотенциальную поверхность.Устройство работает следующим образом.Пробу сжигают в печи 18 в потокекислорода, поступающего из блока19 газопродготовки. Образовавшийсясернистый газ в том же потоке кислорода через фланец 12 и ввод газа13 поступает в нижнюю часть второговертикального канала поглотительного(катодного) отсека 1. Подымающиесявверх 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 первоговертикального канала. При этом возникает интенсивная циркуляция и переме.шивание раствора в поглтительном(катодном) отсеке 1. Адсорбция 50раствором осуществляется во второмвертикальном канале в процессеподъема пузырей газа. Выход газа изячейки происходит через штуцер 14,расположенный в крышке 10,При поглощении 501 происходит закисление раствора - уменьшение величины рН, Сигнал об изменении рН спомощью электродного элемента 2 дляизмерения потенциала (рН), включающего индикаторный 3 и вспомогательный 4электроды, поступает на вход рНметра 20 измерительного электронногоблока 21. Сигнал с выхода рН-метрапоступает на регулятор 23 тока, управляющий источником 22 тока, подключенным к электродному элементу для генерирования титранта - катоду 5 и аноду7, 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.Измерительные концы индикаторногои вспомогательного электродов дляизмерения рН находятся в интенсивном, но ламинарном нисходящем потокежидкости. Пузырей газа в области ихрасположения нет, так как газ поднимается по второму каналу и уходит израствора, не попадая в первый канал,в котором расположен электродный элемент для измерения потенциала (рН).При этом отсутствуют разрывы измерительной цепи указанного электродногоэлемента и связанные с ними флуктуации потенциала относительно номинального значения, то уменьшает зонунечувствительности ячейки и повышаетчувствительность устройства в целом.Наличие узла регулирования и фиксации положения электродного элемента для измерения рН при выбранном соответствующим образом фиксированномположении электродного элемента для 20генерирования титранта - катодаобеспечивает возможность предварительной настройки ячейки с цельюустранения ошибки измерения потенциала и, как следствие, повышение точности анализа. Процедура настройкипроста по исполнению и выполняетсялишь при изготовлении и наладке прибора в целомКонструкция узла регулирования и фиксации положения элект-,родного элемента для измерения рНобеспечивает возможность воспроизведения положения этого элемента принеобходимости его извлечения и последующей установки, благодаря чему приэтом нет необходимости в повторениипроцедуры настройки ячейки.Предлагаемая ячейка обладает чувствительностью, обеспечивающей точность анализа в 3 раза выше, чемизвестные устройства, 40Ячейка может быть использована ванализаторах металлов и углеродныхматериалов на серу, используемыхна предприятиях черной и цветнойметаллургии,Формула изобретения1, 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, о т л и ч а ю щ а я с я 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 соотношенияВ/д = 0,3-0,5,где 1 - расстояние между осямиэлектродного элемента для генерирования титранта и первого вертикального канала;д - диаметр первого вертикального канала,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Экспресс-анализатор стали исплавов на серу АС. Техническоеописание и инструкция по эксплуатации 7012 ТО, Минчермет СССР, Главэнерго, ВНИИАчермет, М., 1974,с. 9-10, рис. 3,2. Казаков А.В., Кантарев В.М.,Галкин Л.Г. Титрометры. М., "Машиностроение", 1973, с. 183-188, рис. 110.840727 Г Составитель И; РогальС. Патрушева Техред Ж. Каателевич .Корректор Г. Решетн Редак исн д лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4752/64 Тираж ВНИИПИ Государстве по делам изобрет 113035, Москва, Ж-.907 П ного комитета ССС ний и открытий 5, Раушская наб.,