[发明专利]基于化学体系便捷测量微反应器气液总传质系数的方法

说明书

本发明涉及一种基于化学体系便捷测量微反应器气液总传质系数的方法，采用二氧化碳和碳酸钠溶液作为测量微反应器总传质系数的气液两相体系，CO₂和碳酸钠溶液两相流经微反应器混合后，使用pH计测量通过微反应器前后碳酸钠溶液的pH值，通过pH值可计算得到氢氧根浓度的变化量，再由氢氧根浓度变化量计算得到通过微反应器后二氧化碳的浓度变化和二氧化碳气体传质通量，最后根据传质公式计算得出微反应器的总传质系数。与现有技术相比，本法更便捷，测量成本低，无需使用色谱仪等大型设备，测量时间从小时级缩短至0.5～2min；可用于评价快速评价微反应器的气液传质性能，进而指导微反应器流道结构设计的优化，更好地强化微反应器的两相反应性能。

技术领域

本发明涉及传质系数技术领域，具体的说，是一种基于化学体系便捷测量微反应器气液总传质系数的方法。

背景技术

微反应技术起源于20世纪90年代，21世纪初叶是微反应技术的快速发展期。大量研究均表明，对于受传递或混合控制的化学反应过程，微反应器具有显著地强化效果。对于气-液多相反应体系而言，气-液相间传递阻力往往是决定整体反应速率的关键步骤，为了合理设计这种微化学反应器，必须先研究与微通道内传递和反应过程特性相关的基本问题，由于气液界面面积难以界定，单纯测量传质系数比较困难，因此测量气液体积传质系数相对而言更具意义和实用价值。

现有测量总传质系数的方法主要有物理法和化学法，化学吸收法通常采用EDA-CO₂，MEDA-CO₂，Na₂CO₃-NaHCO₃-CO₂等体系，但是大多需要大型精密设备检测液体中的离子溶度，价格昂贵，且测试过程复杂，例如在MEDA-CO₂体系下通过红外离子色谱测量化学吸收后的离子浓度进而测量CO₂的传质通量，最终确定总传质系数。在Na₂CO₃-NaHCO₃-CO₂体系下通过离子色谱测量化学吸收后的碳酸根离子的浓度来确定总传质系数，但现有的离子色谱普遍使用碳酸钠作为标定液，在测量碳酸根离子浓度时会存在一定的测量偏差。

除此之外也有通过高速摄像机直接监测气体传质情况来计算总传质系数，但这不仅使用高速摄像机，以及强大的数据统计分析能力，如使用高速摄像机图像法测量总传质系数，不仅需要大量处理拍照数据，同时还限制微反应器必须透明，这便极大限制其应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于化学体系便捷测量微反应器气液总传质系数的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于化学体系便捷测量微反应器气液总传质系数的方法，

采用二氧化碳和碳酸钠溶液作为测量微反应器总传质系数的气液两相体系，二氧化碳和碳酸钠溶液两相流经微反应器混合后，使用pH计测量通过微反应器前后碳酸钠溶液的pH值，通过pH值可计算得到氢氧根浓度的变化量，再由氢氧根浓度变化量计算得到通过微反应器后二氧化碳的浓度变化和二氧化碳气体传质通量，最后根据传质公式计算得出微反应器的总传质系数。

针对二氧化碳和碳酸钠溶液体系，根据气液传质原理，气液总传质系数k_La按下式计算：

其中，C*表示气液界面的CO₂摩尔浓度C^*＝H·P_CO2，单位mol/L；室温时，H＝0.000000336mol/(L·Pa)；C₀表示混合区域入口处溶液内二氧化碳摩尔浓度，单位mol/L；表示二氧化碳传质通量，单位mol/(L·s)；Ha表示反应速率与扩散速率之比，无量纲数；混合区域溶液内二氧化碳的浓度通过PH计进行测量。