[发明专利]一种便捷低成本测量微反应器气液总传质系数的方法

权利要求书

1.一种便捷低成本测量微反应器气液总传质系数的方法，其特征在于，其包含的技术步骤为：

采用二氧化碳和去离子水作为测量微反应器气液总传质系数的气液两相体系，二氧化碳和水两相流经微反应器混合后，从出口取混合液加入强碱溶液；测量加入混合液前后强碱溶液的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；

针对去离子水、二氧化碳体系，根据气液传质原理，气液总传质系数k_La按下式计算：

其中，L表示微反应器混合区域的长度，单位mm；

C*表示气液界面的CO₂摩尔浓度，单位mol/L；

v_L表示液体流速，单位m/s；

C₀示混合区域入口处溶液内二氧化碳摩尔浓度，单位mol/L；

C₁表示混合区域出口处溶液内二氧化碳摩尔浓度，单位mol/L；

混合区域溶液内二氧化碳的浓度通过pH计进行测量。

2.根据权利要求1所述的一种便捷低成本测量微反应器气液总传质系数的方法，其特征在于，对于去离子水、二氧化碳体系，所加入的强碱溶液可以为NaOH、KOH等，从出口取出的混合液的体积根据强碱溶液的浓度决定，使加入混合液后强碱溶液中pH值为7～14。

3.根据权利要求1所述的一种便捷低成本测量微反应器气液总传质系数的方法，其特征在于，所使用的PH计测量精度等级为0.01～0.1级，或者使用达到精度等级的精密PH试纸和酸碱指示剂。

4.根据权利要求1所述的一种便捷低成本测量微反应器气液总传质系数的方法，其特征在于，混合区域入口处气相、液相刚接触假设还未发生传质和反应，因此规定混合区域入口出二氧化碳摩尔浓度C₁＝0；

气液界面的CO₂摩尔浓度C^*＝H·P_CO2，

其中H为亨利常数，

P_CO2为气相中CO₂分压，即反应器的平均压力单位bar，通过压力传感器测量。

5.根据权利要求1所述的一种便捷低成本测量微反应器气液总传质系数的方法，其特征在于，pH计示数表示为当前温度下溶液的pH值，室温时，溶液中氢离子与氢氧根浓度的乘积为10^-14mol/L，pH值与溶液中OH^-的浓度存在如下关系：PH＝14+log₁₀[OH^-]

微反应器内去离子水吸收二氧化碳的反应方程式：

去离子水和二氧化碳混合后，混合液用等体积的氢氧化钠溶液进行吸收标定，涉及的反应方程式：H₂CO₃+2NaOH＝Na₂CO₃+H₂O；H₂CO₃+NaOH＝NaHCO₃+H₂O

上述等体积的氢氧化钠溶液和混合液混合后溶液为碱性，在碱性溶液中反应主要生成Na₂CO₃，因此NaOH和CO₂消耗比为2∶1；

使用pH计测量加入混合液前后氢氧化钠溶液的pH值为pH₀、pH₁，将pH值转化为溶液中氢氧根的浓度[OH^-]；

混合前混合后

混合区域出口处溶液内二氧化碳浓度

将上述公式代入去离子水、二氧化碳体系对应的气液总传质系数计算公式：

得到对于去离子水、二氧化碳(氢氧化钠)体系的微反应器气液总传质系数计算公式：

6.根据权利要求1所述的一种便捷低成本测量微反应器气液总传质系数的方法，其特征在于，可通过pH值可计算得到氢离子浓度的变化量，再由氢离子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。