[發(fā)明專利]一種便捷低成本測量微反應(yīng)器氣液總傳質(zhì)系數(shù)的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202111187929.6
• 申請日: 2021-10-12
• 公開（公告）號(hào): CN113777247A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張莉;張榮昊;汪浩洋;任衍倫;朱維平
• 申請（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/00
• 分類號(hào): G01N33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種便捷低成本測量微反應(yīng)器氣液總傳質(zhì)系數(shù)的方法，其特征在于，其包含的技術(shù)步驟為：

采用二氧化碳和去離子水作為測量微反應(yīng)器氣液總傳質(zhì)系數(shù)的氣液兩相體系，二氧化碳和水兩相流經(jīng)微反應(yīng)器混合后，從出口取混合液加入強(qiáng)堿溶液；測量加入混合液前后強(qiáng)堿溶液的pH值，通過pH值可計(jì)算得到氫氧根濃度的變化量，再由氫氧根濃度變化量計(jì)算得到通過微反應(yīng)器后二氧化碳的濃度變化和二氧化碳?xì)怏w傳質(zhì)通量，最后根據(jù)傳質(zhì)公式計(jì)算得出微反應(yīng)器的總傳質(zhì)系數(shù)；

針對去離子水、二氧化碳體系，根據(jù)氣液傳質(zhì)原理，氣液總傳質(zhì)系數(shù)k_La按下式計(jì)算：

其中，L表示微反應(yīng)器混合區(qū)域的長度，單位mm；

C*表示氣液界面的CO₂摩爾濃度，單位mol/L；

v_L表示液體流速，單位m/s；

C₀示混合區(qū)域入口處溶液內(nèi)二氧化碳摩爾濃度，單位mol/L；

C₁表示混合區(qū)域出口處溶液內(nèi)二氧化碳摩爾濃度，單位mol/L；

混合區(qū)域溶液內(nèi)二氧化碳的濃度通過pH計(jì)進(jìn)行測量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便捷低成本測量微反應(yīng)器氣液總傳質(zhì)系數(shù)的方法，其特征在于，對于去離子水、二氧化碳體系，所加入的強(qiáng)堿溶液可以為NaOH、KOH等，從出口取出的混合液的體積根據(jù)強(qiáng)堿溶液的濃度決定，使加入混合液后強(qiáng)堿溶液中pH值為7～14。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便捷低成本測量微反應(yīng)器氣液總傳質(zhì)系數(shù)的方法，其特征在于，所使用的PH計(jì)測量精度等級(jí)為0.01～0.1級(jí)，或者使用達(dá)到精度等級(jí)的精密PH試紙和酸堿指示劑。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便捷低成本測量微反應(yīng)器氣液總傳質(zhì)系數(shù)的方法，其特征在于，混合區(qū)域入口處氣相、液相剛接觸假設(shè)還未發(fā)生傳質(zhì)和反應(yīng)，因此規(guī)定混合區(qū)域入口出二氧化碳摩爾濃度C₁＝0；

氣液界面的CO₂摩爾濃度C^*＝H·P_CO2，

其中H為亨利常數(shù)，

P_CO2為氣相中CO₂分壓，即反應(yīng)器的平均壓力單位bar，通過壓力傳感器測量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便捷低成本測量微反應(yīng)器氣液總傳質(zhì)系數(shù)的方法，其特征在于，pH計(jì)示數(shù)表示為當(dāng)前溫度下溶液的pH值，室溫時(shí)，溶液中氫離子與氫氧根濃度的乘積為10^-14mol/L，pH值與溶液中OH^-的濃度存在如下關(guān)系：PH＝14+log₁₀[OH^-]

微反應(yīng)器內(nèi)去離子水吸收二氧化碳的反應(yīng)方程式：

去離子水和二氧化碳混合后，混合液用等體積的氫氧化鈉溶液進(jìn)行吸收標(biāo)定，涉及的反應(yīng)方程式：H₂CO₃+2NaOH＝Na₂CO₃+H₂O；H₂CO₃+NaOH＝NaHCO₃+H₂O

上述等體積的氫氧化鈉溶液和混合液混合后溶液為堿性，在堿性溶液中反應(yīng)主要生成Na₂CO₃，因此NaOH和CO₂消耗比為2∶1；

使用pH計(jì)測量加入混合液前后氫氧化鈉溶液的pH值為pH₀、pH₁，將pH值轉(zhuǎn)化為溶液中氫氧根的濃度[OH^-]；

混合前混合后

混合區(qū)域出口處溶液內(nèi)二氧化碳濃度

將上述公式代入去離子水、二氧化碳體系對應(yīng)的氣液總傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算公式：

得到對于去離子水、二氧化碳(氫氧化鈉)體系的微反應(yīng)器氣液總傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算公式：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便捷低成本測量微反應(yīng)器氣液總傳質(zhì)系數(shù)的方法，其特征在于，可通過pH值可計(jì)算得到氫離子濃度的變化量，再由氫離子濃度變化量計(jì)算得到通過微反應(yīng)器后二氧化碳的濃度變化和二氧化碳?xì)怏w傳質(zhì)通量，最后根據(jù)傳質(zhì)公式計(jì)算得出微反應(yīng)器的總傳質(zhì)系數(shù)。