[發明專利]一種便捷低成本測量微反應器氣液總傳質系數的方法

在審

• 申請號: 202111187929.6
• 申請日: 2021-10-12
• 公開（公告）號: CN113777247A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 張莉;張榮昊;汪浩洋;任衍倫;朱維平
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種便捷低成本測量微反應器氣液總傳質系數的方法，采用二氧化碳和去離子水作為測量微反應器氣液總傳質系數的氣液兩相體系，二氧化碳和水兩相流經微反應器混合后，從出口取混合液加入強堿溶液；測量加入混合液前后強堿溶液的pH值，通過pH值可計算得到氫氧根濃度的變化量，再由氫氧根濃度變化量計算得到通過微反應器后二氧化碳的濃度變化和二氧化碳氣體傳質通量，最后根據傳質公式計算得出微反應器的總傳質系數。與現有技術相比，該方法更便捷，測量成本低，無需使用色譜儀等大型設備，測量時間從小時級縮短至0.5～2min；可用于評價微反應器的氣液傳質效果，基于評價結果還可以指導微反應器流道結構設計的優化，更好地強化氣液傳質。

技術領域

本發明涉及氣液傳質領域，具體的說，是一種便捷低成本測量微反應器氣液總傳質系數的方法。

背景技術

微反應技術起源于20世紀90年代，21世紀初葉是微反應技術的快速發展期。大量研究均表明，對于受傳遞或混合控制的化學反應過程，微反應器具有顯著地強化效果。對于氣-液多相反應體系而言，氣-液相間傳遞阻力往往是決定整體反應速率的關鍵步驟，為了合理設計這種微化學反應器，必須先研究與微通道內傳遞和反應過程特性相關的基本問題，由于氣液界面面積難以界定，單純測量傳質系數比較困難，因此測量氣液體積傳質系數相對而言更具意義和實用價值。

現有測量總傳質系數的方法主要有物理法和化學法，物理法使用氧氣或氮氣在液體中的溶解作為測量體系，通過溶氧儀直接測量液體中氣體的消耗速率，但由于大多數氣體在液相中的溶解性差，同時連續流使用到的反應器持液量低，所以分辨率有限，對測量設備要求很高。由于氧氣或氮氣在液體中的溶解度較小，在微反應器內氣液傳質速度非常快，液體會迅速飽和，因此，對于停留時間稍長的微反應器，在物理體系下測量常常不準確，使測量結果偏小。這表明，傳統物理法不適用于測量微反應器的傳質系數。

除此之外也有通過高速攝像機直接監測氣體傳質情況來計算總傳質系數的方法，不僅需要使用高速攝像機，以及強大的數據統計分析能力，所能測試的微反應器還必須透明，以便于氣泡的觀測，這便極大地限制了該方法的應用。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是，針對現有微反應器的傳質效果評價方法的不足，本發明主要提供了一種便捷低成本測量微反應器氣液總傳質系數的方法。

一種便捷低成本測量微反應器氣液總傳質系數的方法，其包含的技術步驟為：

采用二氧化碳和去離子水作為測量微反應器氣液總傳質系數的氣液兩相體系，二氧化碳和水兩相流經微反應器混合后，從出口取混合液加入強堿溶液；測量加入混合液前后強堿溶液的pH值，通過pH值可計算得到氫氧根濃度的變化量，再由氫氧根濃度變化量計算得到通過微反應器后二氧化碳的濃度變化和二氧化碳氣體傳質通量，最后根據傳質公式計算得出微反應器的總傳質系數；

針對去離子水、二氧化碳體系，根據氣液傳質原理，氣液總傳質系數k_La按下式計算：

其中，L表示微反應器混合區域的長度，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表示混合區域入口處溶液內二氧化碳摩爾濃度，單位mol/L；

C₁表示混合區域出口處溶液內二氧化碳摩爾濃度，單位mol/L；

混合區域溶液內二氧化碳的濃度通過pH計進行測量。

進一步地，對于去離子水、二氧化碳體系，從微反應器的出口取10～20mL的兩相混合液，加入0.1M的等量NaOH溶液進行吸收標定。

進一步地，整個測量過程在室溫下進行。