化工学报 ›› 2022, Vol. 73 ›› Issue (4): 1597-1605.DOI: 10.11949/0438-1157.20211630
收稿日期:
2021-11-15
修回日期:
2022-01-06
出版日期:
2022-04-05
发布日期:
2022-04-25
通讯作者:
曹海山
作者简介:
刘碧强(1995—),男,博士后,基金资助:
Received:
2021-11-15
Revised:
2022-01-06
Online:
2022-04-05
Published:
2022-04-25
Contact:
Haishan CAO
摘要:
多孔吸附材料广泛应用于分离提纯、气体储存和工业催化等领域,吸附等温线的测定对研究吸附性质具有重要意义。针对传统容积法易受管路温度均匀性影响的问题,介绍了一种基于流量校准的吸附测量方法。分析了两种方法的误差传递,并对比了结构参数、物性参数和仪表精度对测量结果的影响。分析结果显示,增大校准球体积和样品室容积可提升传统容积法测量精度,提升样品量、比过剩吸附量、密度和仪表精度,可提升两种方法的测量精度。相比传统容积法,基于流量校准的吸附测量方法误差因子数量更少,可实现更低的测量误差。研究成果对提升容积法吸附测量精度具有指导意义。
中图分类号:
刘碧强, 曹海山. 基于流量校准的吸附测量方法及误差分析[J]. 化工学报, 2022, 73(4): 1597-1605.
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平衡状态 | 工质 | 状态 | 气体分配系统 | 校准腔 | 样品室(包括过渡段) | 气体吸附量 |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 氦气 | 气体分配系统充气 | ||||
2 | 氦气 | 连通校准腔 | ||||
3 | 氦气 | 校准腔内加入校准球 | ||||
4 | 氦气 | 连通加入样品后的样品室 | ||||
5 | 氦气 | 调节样品室温度至测量温度 | ||||
6 | 吸附气体 | 气体分配系统充气 | ||||
7 | 吸附气体 | 连通加入样品的样品室,调节样品室温度至测量温度 |
表1 吸附测量系统的各平衡状态
Table 1 Various equilibrium states of the adsorption measurement system
平衡状态 | 工质 | 状态 | 气体分配系统 | 校准腔 | 样品室(包括过渡段) | 气体吸附量 |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 氦气 | 气体分配系统充气 | ||||
2 | 氦气 | 连通校准腔 | ||||
3 | 氦气 | 校准腔内加入校准球 | ||||
4 | 氦气 | 连通加入样品后的样品室 | ||||
5 | 氦气 | 调节样品室温度至测量温度 | ||||
6 | 吸附气体 | 气体分配系统充气 | ||||
7 | 吸附气体 | 连通加入样品的样品室,调节样品室温度至测量温度 |
图3 各因素影响(a) 容积法;(b) 基于流量校准的吸附测量
Fig.3 Influence of various factors in volumetric adsorption measurement (a) and adsorption measurement based on flow calibration (b)
容积法 | 基于流量校准的容积法 | |||
---|---|---|---|---|
8 | 6 | |||
5 | 4 | |||
8 | 4 | |||
10 | 5 |
表2 两种方法测量不确定度表达式参数
Table 2 Parameters of measurement uncertainty expression in both methods
容积法 | 基于流量校准的容积法 | |||
---|---|---|---|---|
8 | 6 | |||
5 | 4 | |||
8 | 4 | |||
10 | 5 |
参数 | 数值 |
---|---|
恒温箱温度/K | |
校准腔容积/m3 | |
气体分配管路系统容积/m3 | |
压力测量误差限 | ±0.05%×量程 |
质量流量测量误差限 | ±0.2%×读数 |
表3 基本参数设定
Table 3 Basic parameter set
参数 | 数值 |
---|---|
恒温箱温度/K | |
校准腔容积/m3 | |
气体分配管路系统容积/m3 | |
压力测量误差限 | ±0.05%×量程 |
质量流量测量误差限 | ±0.2%×读数 |
图11 比过剩吸附量相对不确定度和比过剩吸附量(a)、样品密度(b)的关系
Fig.11 Relationship between relative uncertainty of excess adsorption amount and excess adsorption amount (a), sample density (b)
图12 比过剩吸附量相对不确定度与压力测量精度(a)、温度测量精度(b)的关系
Fig.12 Relationship between relative uncertainty of excess adsorption amount and pressure measurement accuracy (a), temperature measurement accuracy (b)
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