[發明專利]測量多孔介質表界面傳質系數與孔內擴散系數的方法

有效

• 申請號: 201811325520.4
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN111157404B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 葉茂;高銘濱;李華;劉中民
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 張瑩

1.一種測量多孔介質表界面傳質系數與孔內擴散系數的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

(I)對待測量的多孔介質體系輸入一個外界濃度或壓力擾動；

(II)用瞬態吸附速率法測量多孔介質在受到擾動后而產生的吸附量變化，所述測量包括：

測量各個時刻瞬態下多孔介質吸附量q_i，

測量多孔介質所達到的平衡吸附量q_∞，

測量初始時刻多孔介質的吸附量q₀；

(III)計算各個時刻瞬態下的歸一化吸附量X_i和多孔介質所達到的歸一化飽和吸附量X_∞；

(IV)根據擾動條件下多孔介質所能達到的平衡吸附量，將所得到的吸附量變化數據用式(1)進行數據處理，獲得以飽和吸附量為基準的歸一化吸附量隨時間變化曲線，

(V)確定所述多孔介質傳質的控制步驟，所述控制步驟包括多孔介質表面傳質和孔道內擴散，得到式(2)所示的控制方程，并通過所述方程確定多孔介質中的表界面傳質系數α，

在式(2)中，l表示多孔介質的特征長度，t表示吸附時間；

(VI)根據所述表界面傳質系數α，通過公式(3)計算平板形多孔介質孔內擴散系數D；

在式(3)中，L表示孔內擴散的特征時間與表界面傳質的特征時間之間的比值，β_n表示方程求解過程中的參數；

(VII)通過所述控制方程(2)，擬合計算多孔介質的吸附量隨時間變化過程，并獲得多孔介質的表界面傳質系數與孔內擴散系數；

所述多孔介質選自分子篩。

2.根據權利要求1所述的測量多孔介質表界面傳質系數與孔內擴散系數的方法，其特征在于，根據確定系數公式(4)判斷所述控制方程求解出的曲線與實驗所獲得的吸附量隨時間變化曲線的相對誤差；

在式(4)中，R²表述通過計算與實驗測量的吸附量之間的確定系數，X_i^cal表示通過控制方程計算出的各個時刻瞬態下的歸一化吸附量，表示測定條件下各個時刻瞬態下的歸一化吸附量的平均值。

3.根據權利要求1所述的測量多孔介質表界面傳質系數與孔內擴散系數的方法，其特征在于，所述方法還包括：根據多孔材料具體的形貌選取合適的公式以確定孔內擴散系數，

對于球形多孔介質選用公式(5)：

對于立方體多孔介質需選用公式(6)：

4.根據權利要求1至3中任一項所述的測量多孔介質表界面傳質系數與孔內擴散系數的方法，其特征在于，所述吸附量變化包括來源于多孔介質的質量變化、濃度變化或者光信號變化。

5.根據權利要求1或2所述的測量多孔介質表界面傳質系數與孔內擴散系數的方法，其特征在于，在輸入所述外界濃度或壓力擾動的步驟中，設置壓力控制器的速率閾值為10毫巴/分鐘～80毫巴/分鐘。

6.根據權利要求1或2所述的測量多孔介質表界面傳質系數與孔內擴散系數的方法，其特征在于，測量吸附量信號變化的數據采集時間分辨率應為0.1秒～10秒。

7.根據權利要求1或2所述的測量多孔介質表界面傳質系數與孔內擴散系數的方法，其特征在于，在測量多孔介質的平衡吸附量的步驟中，在相應的濃度或壓力條件下，多孔介質的平衡吸附量相較于同樣條件下前段時刻所測得的吸附量的相對誤差為0.01％～1％。

8.根據權利要求1或2所述的測量多孔介質表界面傳質系數與孔內擴散系數的方法，其特征在于，將所述控制方程(2)用于描述初始時刻多孔介質宏觀物理量的變化過程。