[发明专利]一种快速测定气体在液体中扩散系数的方法

权利要求书

1.一种快速测定气体在液体中扩散系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将待测液体以流速F_L,1注入测试系统的套管式膜接触器的液体管路内，将待测气体通入套管式膜接触器的外管，使待测气体溶解到待测液体中；

b)待气体流量稳定后，快速将液体流速F_L,1改变为F_L,2，记录气体流量达到另一稳定状态前气体流量F_g随时间t的变化；

c)建立数学模型得到理论的待测气体随时间的变化关系，并与步骤b)F_g-t的变化关系相拟合，计算待测气体在待测液体中的扩散系数D；

所述数学模型如下所示：

当液体流速改变为F_L,2，数学模型如下所示：

其中，N_g为内管气体量，C_w为内管壁上气液平衡浓度，为气体溶解在液体内的平均浓度，P₀为气瓶减压阀出口压力，F_g为气体质量流量计记录的气流流量，T为测量温度，R为理想气体常数8.314J/mol·K，R_i为套管式膜接触器的内管半径，z为套管式膜接触器轴向方向的长度，K为总传质系数，t为测量时间。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，

利用方程(1)和(2)分别得到实际和理论的变化关系，并拟合实验数据，得到气液总传质系数K；

R_m＝(R_o-R_i)/ln(R_o/R_i) (3)

其中，K_L为气体在液体中的传质系数，K_m为气体在膜内的扩散系数，R_m为反应器内管半径的对数值，R_o为反应器内管的外半径，R_i为反应器内管的内半径；

利用方程(3)和(4)得到气体在液体中的传质系数K_L；气体在膜内的传质系数K_m为一定值；

套管式膜接触器内液体流动时为充分层流流动状态，其舍伍德数Sh＝2K_LR_i/D＝3.657，得到气液扩散系数D。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述测试系统包括压缩气瓶(1)、液体输送泵(2)、气体质量流量计(3)、套管式膜接触器(4)、水浴槽(5)、背压阀(6)、压力传感器(7)和减压阀(8)；其中，液体输送泵(2)通过压力传感器(7)串联连接套管式膜接触器(4)的进液口，出液口连接背压阀(6)，压缩气瓶(1)通过气体质量流量计(3)和压力传感器(7)连接至套管式膜接触器(4)的进气口，出气口连接减压阀(8)。

4.根据权利要求1或3所述方法，其特征在于，将所述套管膜接触器(4)置于水浴槽(5)内控制测量温度，测定不同温度下的气液传质系数，通过减压阀(8)和背压阀(6)控制气、液体管路的压力。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在步骤a)之前，将待测液体经过加热和抽真空脱气处理，加热温度为60℃，脱气处理时间为1h。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述测定气液的温度为-40～200℃，压力为0.01～10MPa，待测液体的粘度为0.5～500cP，测定时间为0.5～5min。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述套管膜式膜接触器所用膜材料为透气膜，具体包括聚丙烯、聚四氟乙烯、聚4-甲基-1-戊烯、TeflonAF 2400或TeflonAF1600。

8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述套管膜式膜接触器所用膜为中空纤维膜，内径为0.1～2mm，膜厚为0.05～0.5mm，膜长度为0.5～5m。

9.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤b)采集数据的频率≥1个/秒。