评价聚合物在超临界二氧化碳中增粘效果的装置及方法与流程

技术特征：

1.一种评价聚合物在超临界二氧化碳中增粘效果的装置，包括：耐高温高压的釜体、观察窗、活塞、高速摄像机、磁力搅拌装置、恒温油浴系统、铝球、投球装置；其特征在于：釜体用于放置超临界二氧化碳和聚合物增粘剂；高速摄像机与观察窗用于拍摄铝球在釜体中的下落情况；活塞用于调节釜体内超临界二氧化碳的压力；磁力搅拌装置用于将超临界二氧化碳与聚合物增粘剂混合均匀；恒温油浴系统用于控制釜体内超临界二氧化碳的温度；投球装置用于投放铝球。

2.根据权利要求1所述的评价聚合物在超临界二氧化碳中增粘效果的装置，其特征在于，釜体为长方体外壳，长方体外壳围合成腔体，釜体两侧中部对称设有一对观察窗。

3.根据权利要求1-2所述的评价聚合物在超临界二氧化碳中增粘效果的装置，其特征在于，釜体上设有温度传感器和压力传感器，活塞位于腔体内，釜体中部设有试剂添加口，通过试剂添加口将聚合物增粘剂注入到釜体的内部。

4.根据权利要求1-3所述的评价聚合物在超临界二氧化碳中增粘效果的装置，其特征在于，釜体顶部设有磁力搅拌装置、投球装置，投球装置装配在磁力搅拌装置的轴心处并与釜体通过管道相通，投球装置与磁力搅拌装置相互独立，铝球通过投球装置与釜体之间相通的管道进行投放。

5.根据权利要求1-4所述的评价聚合物在超临界二氧化碳中增粘效果的装置，其特征在于，投球装置上设有投球装置开关。

6.根据权利要求1-5所述的评价聚合物在超临界二氧化碳中增粘效果的装置，其特征在于，长方体外壳壳体本身内设有空腔，恒温油浴系统通过管线与空腔相连，恒温油浴系统通过管线将既定温度的油注入到釜体外壳与内腔之间的空间中，以控制釜体整个内部空间的温度。

7.根据权利要求1-6所述的评价聚合物在超临界二氧化碳中增粘效果的装置，其特征在于，可用高速摄像机拍摄铝球在釜体中的下落视频。

8.一种评价聚合物在超临界二氧化碳中增粘效果的方法，利用权利要求1-7所述的实验装置，其特征在于，步骤如下：

(1)、向釜中加入二氧化碳气体，拍摄铝球在纯二氧化碳气体中的下落视频

①先将铝球放入投球装置内，调节恒温油浴系统，将实验系统的温度调节为实验所需温度T₁；

②将二氧化碳通入釜体内，通过观察压力传感器得到此时釜体内压力为P₁₁；转动手柄控制活塞调整釜体的体积，将其调整为实验所需的P₁；

③打开高速摄像机的录像功能，再打开投球装置出口开关，使高速摄像机通过视窗拍摄记录下铝球在超临界二氧化碳中的下落视频；

④通过铝球下落视频得到铝球经过观察窗的时间t；

⑤将釜体内的CO₂放空，以便进行后续实验。

(2)、分析拍摄的视频，得到粘度计算公式

①使用二次蒸馏水标定粘度计体积，所用计算方法如下：

V/ml＝A(T/K-E)+Bp/MPa+ch/cm+D

式中，h为活塞位置，D为釜体最小体积，A、B、C、E均为根据实验数据回归得到的参数。

②根据已知的纯CO₂的粘度得到所需计算常数A；

式中，η为纯CO₂的粘度，α、β分别为所用材料的线性热膨胀系数和压缩系数，T_r、p_r为所选的参考温度，ρ_l，ρ_s分别为纯CO2和铝球的密度，t为铝球降落时间，A是计算常数。

(3)、添加聚合物增粘剂，配制超临界CO₂体系溶液

①根据实验设计浓度，准确称取一定质量的增粘剂，通过试剂添加口将增粘剂加入釜体。在投球装置中加入铝球，并将其密封。

②调节恒温油浴系统，并观察温度传感器，将釜体内的温度调整到实验所需温度T₁，使得T₀＝T₁。

③通过步骤(1)中的方法将一定量的二氧化碳气体充入釜体中。向釜体内加入二氧化碳气体，此时通过观察压力传感器得到压力为P₀₁，转动手柄控制活塞调整釜体的体积大小，通过观察压力传感器将釜内压力调整为实验所需的P₀，使得P₀＝P₀₁。打开磁力搅拌装置进行搅拌，将釜体内的二氧化碳和增粘剂充分混合。

④静置一段时间，使充分混合的二氧化碳气体和增粘剂静止。

(4)、进行投球实验，并拍摄铝球下落的过程

打开高速摄像机的录像功能，打开投球装置出口开关，使高速摄像机通过视窗拍摄记录下铝球在超临界二氧化碳-增粘剂中的下落视频，即铝球经过观察窗的时间t’。

(5)、处理铝球下落视频，计算超临界CO₂-增粘剂体系的粘度

根据已知计算常数A，根据下式计算超临界CO₂-增粘剂体系的粘度

式中，η₀为超临界CO₂-增粘剂体系的粘度。

(6)、计算超临界CO₂-增粘剂体系的相对粘度

将利用上式得到的超临界CO₂-增粘剂体系的粘度值与相同温度、压力条件下纯CO₂粘度值进行比较，根据下式计算得到相对粘度η_R，用来评价聚合物增粘剂的增粘效果，η_R越大，表示增粘效果越好。

η_R＝η₀/η。

9.根据权利要求8所述的评价聚合物在超临界二氧化碳中增粘效果的方法，其特征在于，在实验中改变活塞位置可以改变超临界二氧化碳的压力，研究不同压力下的聚合物增粘效果；在实验中改变恒温油浴系统的温度可以改变超临界二氧化碳的温度，研究不同温度下的聚合物增粘效果。

10.根据权利要求8-9所述的评价聚合物在超临界二氧化碳中增粘效果的方法，其特征在于，在实验中改变增粘剂的注入量以调节超临界二氧化碳中增粘剂的浓度，研究不同增粘剂浓度对增粘效果的影响。