CN107247118A - 一种吸附剂水分吸附速率测定装置及方法 - Google Patents

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周舟
万涛
龚尚昆
吴俊杰
胡旭
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Electric Power Research Institute of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种吸附剂水分吸附速率测定装置及方法，装置包括吸附系统以及与吸附系统相连的湿气发生系统、抽真空系统、压力表、温度表和湿度传感器；吸附系统内部设置有固定平盘，用于放置被测试吸附剂。测定方法为：先取一定量的被测吸附剂放置于固定平盘内；再打开抽真空系统，对吸附系统进行抽真空处理；然后关闭抽真空系统，打开湿气发生系统，产生设定湿度的湿空气充至吸附系统内，待吸附系统内的压力变化至目标压力后关闭湿气发生系统，开始测试：通过湿度传感器记录吸附系统内的湿度变化趋势；根据湿度变化趋势、吸附系统的体积、压力、温度和吸附剂的质量计算吸附剂的标准吸附速率。本发明操作简单，测试准确，分析快捷。

Description

一种吸附剂水分吸附速率测定装置及方法
技术领域
本发明涉及吸附剂性能评价技术领域，特别涉及一种吸附剂水分吸附速率测定装置及方法。
背景技术
在工业生产、电力、燃气等领域，多种多样的吸附剂被用于气体中水分的干燥处理。吸附剂是能有效地从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质，它一般具备大比表面积、适宜的孔结构及表面结构，常见的吸附剂包括分子筛、活性氧化铝、活性炭、吸水树脂等。不同的应用环境下，吸附剂性能的要求也不同。因此，对吸附剂性能的评价非常重要。衡量吸附剂性能的主要指标包括：吸附容量、吸附速率、比表面积、堆积密度等。其中，吸附速率是指单位时间内单位重量的吸附剂所吸附的量，它是衡量吸附处理过程中吸附效果的主要指标之一。但目前对吸附速率进行测定的装置及方法存在结构复杂、操作繁琐、耗时耗力的缺点。
因此，有必要设计一种结构简单，操作方便的吸附速率测定装置及方法。
发明内容
本发明所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供了一种吸附剂水分吸附速率测定装置及方法，可以测定多种吸附剂对水分的实际吸附速率。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种吸附剂水分吸附速率测定装置，包括湿气发生系统、抽真空系统、吸附系统、压力表、温度表及湿度传感器；所述吸附系统内部设置有固定平盘，用于放置被测试吸附剂；
所述湿气发生系统、抽真空系统、压力表、温度表、湿度传感器均与吸附系统相连，分别用于对吸附系统进行加湿、抽真空处理以及监控吸附系统内部的压力、温度和湿度；
测定过程为：先取一定量的被测吸附剂放置于固定平盘内；再打开抽真空系统，对吸附系统进行抽真空处理，抽真空至设定压力；然后关闭抽真空系统，打开湿气发生系统，产生设定湿度的湿空气；再将设定湿度的湿空气充至吸附系统内，待吸附系统内的压力变化至目标压力后关闭湿气发生系统，开始测试：通过湿度传感器记录吸附系统内的湿度变化趋势；根据湿度变化趋势、吸附系统的体积、压力、温度和吸附剂的质量计算吸附剂的标准吸附速率。
进一步地，所述吸附剂水分吸附速率测定装置，还包括与湿度传感器相连的在线显示装置，用于实时显示吸附系统内部的湿度数值。
进一步地，所述湿气发生系统包括空气发生器、加湿模块和定湿模块；空气发生器对空气进行压缩并提供一定流速的空气，产生的空气经过加湿模块的加湿作用产生湿空气，后由定湿模块进行配气，产生设定湿度的湿空气。
进一步地，所述湿气发生系统的输出端通过第一阀门与吸附系统相连。
进一步地，所述抽真空系统采用真空泵，真空泵通过第二阀门与吸附系统相连。
进一步地，所述吸附系统为不锈钢材质的圆柱形箱体。
进一步地，所述箱体的直径为50cm，高为70cm。
进一步地，所述湿度传感器采用电容式湿度传感器，其测试信号接入在线显示装置。
进一步地，所述固定平盘为长15cm，宽15cm的平板，通过螺纹固定于吸附系统内壁。
本发明还提供了一种吸附剂水分吸附速率测定方法，采用所述的吸附剂水分吸附速率测定装置，包括如下步骤：
步骤一：取一定量的被测吸附剂放置于固定平盘内；
步骤二：打开抽真空系统，对吸附系统进行抽真空处理，抽真空至设定压力；
步骤三：关闭抽真空系统，打开湿气发生系统，产生设定湿度的湿空气；再将设定湿度的湿空气充至吸附系统内，待吸附系统内的压力变化至目标压力后关闭湿气发生系统，开始计时测试；
步骤四：通过湿度传感器记录吸附系统内的湿度变化趋势；
步骤五：首先，对湿度变化趋势进行曲线拟合，得到吸附剂的吸附速率常数k2；然后，通过吸附系统的体积V0和吸附系统内的压力p计算吸附系统内的空气体积V；最后，结合吸附速率常数k2、吸附系统内的空气体积V和吸附剂的质量m计算得到吸附剂的标准吸附速率ki。
重复步骤一至步骤五，进行三次测试，取三次测得的平均值作为最终的吸附剂的标准吸附速率。
进一步地，所述步骤二中设定压力的取值范围是小于或等于100Pa。
进一步地，所述步骤三中，设定湿度根据吸附剂的吸附能力大小确定，一般应设置在800-1200ppm。
进一步地，所述步骤三中，目标压力的取值范围是0.1Mpa-0.5Mpa。
进一步地，所述步骤五中，曲线拟合方程为：
t/qt＝1/(k2*qe 2)+t/qe
式中t为时间，单位是min；k2为吸附速率常数，单位是mg/(g*min)；qt为t时刻的吸附量，单位是mg/g，qt＝(初始湿度-t时刻的湿度)×空气体积/吸附剂质量；qe为吸附平衡时的吸附量，单位是mg/g，qe＝(初始湿度-最终湿度)×空气体积/吸附剂质量；其中初始湿度是指步骤三充至吸附系统内的湿空气的设定湿度，最终湿度是指湿度不再随时间变化而保持稳定时的湿度值。
进一步地，所述步骤五中，吸附系统内的空气体积V的计算公式如下：
V＝pV0T0/(p0T)
其中，p0为标准大气压，T0为室温(25℃)。
进一步地，吸附剂的标准吸附速率ki的计算公式如下：
ki＝k2/m。
有益效果如下：
本发明操作简单，测试准确，分析快捷，可实时记录湿度变化趋势。
附图说明
图1为吸附剂水分吸附速率测定装置示意图；
图中1为湿气发生系统，2为第一阀门，3为真空泵，4为第二阀门，5为温度表，6为压力表，7为湿度传感器，8为在线显示装置，9为固定平盘，10为吸附系统。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明效果进行进一步说明。
如图1所示，本发明公开了一种吸附剂水分吸附速率测定装置，包括湿气发生系统1、抽真空系统、吸附系统10、压力表6、温度表5及湿度传感器7；所述吸附系统10内部设置有固定平盘9，用于放置被测试吸附剂；
所述湿气发生系统1、抽真空系统、压力表6、温度表5、湿度传感器7均与吸附系统10相连，分别用于对吸附系统进行加湿、抽真空处理以及监控吸附系统内部的压力、温度和湿度；
所述湿气发生系统1的输出端通过第一阀门2与吸附系统10相连；
所述抽真空系统采用真空泵3，真空泵3通过第二阀门2与吸附系统10相连。
测定过程为：先取一定量的被测吸附剂放置于固定平盘内；再打开抽真空系统，对吸附系统进行抽真空处理，抽真空至设定压力；然后关闭抽真空系统，打开湿气发生系统，产生设定湿度的湿空气；再将设定湿度的湿空气充至吸附系统内，待吸附系统内的压力变化至目标压力后关闭湿气发生系统，开始测试：通过湿度传感器记录吸附系统内的湿度变化趋势；根据湿度变化趋势、吸附系统的体积、压力、温度和吸附剂的质量计算吸附剂的标准吸附速率。
实施例1：
将某种被测分子筛进行称重，称取200g分子筛样品，将样品放置于固定平盘9上。开启第二阀门4、真空泵3，通过真空泵3进行抽真空处理，抽真空至100Pa。关闭第二阀门4、真空泵3，打开第一阀门2，湿气发生系统内产生湿度为1000ppm的湿空气，并将湿空气充至吸附系统10内。待吸附系统10内的压力达到大气压时，关闭第一阀门2开始计时测试。通过湿度传感器7及在线显示装置8记录吸附系统10内的湿度变化趋势。根据变化趋势，吸附剂的质量及吸附系统的压力、温度及体积计算吸附剂的标准吸附速率。重复进行三次测试，取三次测得的平均值作为最终的吸附剂的标准吸附速率。
实施例2：
将某种被测活性氧化铝进行称重，称取400g活性氧化铝样品，将样品放置于固定平盘9上。开启第二阀门4、真空泵3，通过真空泵3进行抽真空处理，抽真空至100Pa。关闭第二阀门4、真空泵3，打开第一阀门2，湿气发生系统内产生湿度为800ppm的湿空气，并将湿空气充至吸附系统10内。待吸附系统10内的压力达到大气压时，关闭第一阀门2开始计时测试。通过湿度传感器7及在线显示装置8记录吸附系统10内的湿度变化趋势。根据变化趋势，吸附剂的质量及吸附系统的压力、温度及体积计算吸附剂的标准吸附速率。重复进行三次测试，取三次测得的平均值作为最终的吸附剂的标准吸附速率。

Claims (10)

1.一种吸附剂水分吸附速率测定装置，其特征在于，包括湿气发生系统、抽真空系统、吸附系统、压力表、温度表及湿度传感器；所述吸附系统内部设置有固定平盘，用于放置被测试吸附剂；
所述湿气发生系统、抽真空系统、压力表、温度表、湿度传感器均与吸附系统相连，分别用于对吸附系统进行加湿、抽真空处理以及监控吸附系统内部的压力、温度和湿度；
测定过程为：先取一定量的被测吸附剂放置于固定平盘内；再打开抽真空系统，对吸附系统进行抽真空处理，抽真空至设定压力；然后关闭抽真空系统，打开湿气发生系统，产生设定湿度的湿空气；再将设定湿度的湿空气充至吸附系统内，待吸附系统内的压力变化至目标压力后关闭湿气发生系统，开始测试：通过湿度传感器记录吸附系统内的湿度变化趋势；根据湿度变化趋势、吸附系统的体积、压力、温度和吸附剂的质量计算吸附剂的标准吸附速率。
2.根据权利要求1所述的吸附剂水分吸附速率测定装置，其特征在于，还包括与湿度传感器相连的在线显示装置，用于实时显示吸附系统内部的湿度数值。
3.根据权利要求1所述的吸附剂水分吸附速率测定装置，其特征在于，所述湿气发生系统包括空气发生器、加湿模块和定湿模块；空气发生器对空气进行压缩并提供一定流速的空气，产生的空气经过加湿模块的加湿作用产生湿空气，后由定湿模块进行配气，产生设定湿度的湿空气。
4.根据权利要求1所述的吸附剂水分吸附速率测定装置，其特征在于，所述湿气发生系统的输出端通过第一阀门与吸附系统相连；
所述抽真空系统采用真空泵，真空泵通过第二阀门与吸附系统相连。
5.根据权利要求1所述的吸附剂水分吸附速率测定装置，其特征在于，所述吸附系统为不锈钢材质的圆柱形箱体；箱体的直径为50cm，高为70cm。
6.根据权利要求1所述的吸附剂水分吸附速率测定装置，其特征在于，所述湿度传感器采用电容式湿度传感器。
7.根据权利要求1所述的吸附剂水分吸附速率测定装置，其特征在于，所述固定平盘为长15cm，宽15cm的平板，通过螺纹固定于吸附系统内壁。
8.一种吸附剂水分吸附速率测定方法，其特征在于，采用所述的吸附剂水分吸附速率测定装置，包括如下步骤：
步骤一：取一定量的被测吸附剂放置于固定平盘内；
步骤二：打开抽真空系统，对吸附系统进行抽真空处理，抽真空至设定压力；
步骤三：关闭抽真空系统，打开湿气发生系统，产生设定湿度的湿空气；再将设定湿度的湿空气充至吸附系统内，待吸附系统内的压力变化至目标压力后关闭湿气发生系统，开始测试；
步骤四：通过湿度传感器记录吸附系统内的湿度变化趋势；
步骤五：首先，对湿度变化趋势进行曲线拟合，得到吸附剂的吸附速率常数k2；然后，通过吸附系统的体积V0、吸附系统内的压力p和温度T计算吸附系统内的空气体积V；最后，结合吸附速率常数k2、吸附系统内的空气体积V和吸附剂的质量m计算得到吸附剂的标准吸附速率ki。
9.根据权利要求1所述的吸附剂水分吸附速率测定方法，其特征在于，重复步骤一至步骤五，进行三次测试，取三次测得的平均值作为最终的吸附剂的标准吸附速率。
10.根据权利要求1所述的吸附剂水分吸附速率测定方法，其特征在于，所述步骤五中，曲线拟合方程为：
t/qt＝1/(k2*qe 2)+t/qe
式中t为时间，单位是min；k2为吸附速率常数，单位是mg/(g*min)；qt为t时刻的吸附量，单位是mg/g，qt＝(初始湿度-t时刻的湿度)×空气体积/吸附剂质量；qe为吸附平衡时的吸附量，单位是mg/g，qe＝(初始湿度-最终湿度)×空气体积/吸附剂质量；其中初始湿度是指步骤三充至吸附系统内的湿空气的设定湿度，最终湿度是指湿度不再随时间变化而保持稳定时的湿度值；
吸附系统内的空气体积V的计算公式如下：
V＝pV0T0/(p0T)
其中，p0为标准大气压，T0为室温(25℃)；
吸附剂的标准吸附速率ki的计算公式如下：
ki＝k2/m。
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