一种吸附材料性能测试装置及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于吸附材料性能检测领域。具体涉及一种吸附材料性能测试装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]气态物质与多孔介质(如活性炭、硅胶、多孔粘土矿石、高聚物吸附树脂等)接触时，利用固体表面存在的未平衡的分子吸引力或者化学键作用力，将目标气体组分吸附在固体物质表面而达到气体分离的目的，这种气态分离的过程称为吸附法，吸附操作广泛地用于石油化工、有机化工、污染气体治理等领域，成为一种重要的操作单元。
[0003]吸附剂具备独特的吸附表面结构特征、较强的选择性吸附能力、良好的表面化学性能，其吸附效果与吸附系统的操作温度、湿度、压力以及气相物质性质等因素密切相关。有文献[1]对活性炭固定床工艺参数的优化进行了系统研宄，结果表明:随着温度的升高，活性炭平衡吸附量减少，湿度会抑制吸附容量。为了满足在各种应用领域具体环境下的特殊空气净化要求，新型吸附材料开发和应用的研宄发展非常迅速。然而，目前吸附剂性能的测试技术主要基于常规环境因素而设计，难以为一些复杂操作条件下吸附剂和工艺参数的选用提供有效的理论支撑，如化工工厂的有机废气在吸附净化之前往往经过提溜、加热等工序，导致废气往往具有高温高湿的特点；天然气的中低压吸附储存系统往往需要吸附剂在高压情况下具备很好的吸附能力。因此，开发应用于复杂操作条件下吸附剂性能测试装置和方法，是优化工艺参数、提高吸附剂性能的一个重要研宄方向。
[0004]气相物质性质也是影响吸附效果的一个重要因素，相同材料对不同气体的吸附量不同，而对于多组分混合气体，由于各组分吸附亲和力大小不同，各吸附组分之间会发生相互作用和竞争效应，使得吸附过程更变得复杂。各组分之间可能存在的竞争和干涉作用，使得吸附能力弱的组分被吸附能力强的组分置换，相对强吸附能力组分的穿透时间推迟，相对弱吸附能力组分的穿透时间提前[2]。目前，吸附剂对混合气体选择性吸附机理尚无明确定论，而对吸附材料理论研宄的深入和提高，更有赖于同步发展的测试手段的提高和装置的优化。
[0005]综述所述，为满足现有技术开发和科学研宄的需要，定量化研宄吸附系统的操作温度、湿度、压力以及气相物质性质等因素对吸附性能的影响，开发相应的吸附材料测试手段和装置是制约当前行业技术发展亟待解决的技术问题。
[0006][I]谢裕坛.活性炭吸附治理多组分有机废气的研宄[D].浙江大学，2002.[2]孙政.活性炭对有机气体的选择性吸附研宄[D].中南大学，2011。
【发明内容】
[0007]针对现有吸附净化材料测试装备和技术存在的不足，以及提高对吸附材料性能品质评价的重要意义，本发明的目的在于一种吸附材料性能测试装置及其使用方法，通过各个组件之间的相互配合可以有效实现吸附剂性能测试系统在一定压力、温度、湿度范围内的可调控性，完成对多组份混合气体的吸附性能测试，为研宄混合气体各组分吸附时存在的竞争和干涉作用机理提供必要的装置设备。
[0008]本发明为达到以上技术要求，所采取的技术方案是:
本发明提出的吸附材料性能测试装置，包括主体测试系统、热力脱附系统和自动控制系统。其中:
主体测试系统包括:第一空气过滤除湿器2-1，测试气体发生源3，空气干燥组件4，气体混合器5，吸附罐12，吸附剂筒14，和气体浓度检测器20，空气进口端A通过第一空气过滤除湿器2-1连接气体混合器5的空气进口，测试气体发生源3通过空气干燥部件4连接气体混合器5的测试气体进口 ；气体混合器5的混合空气出口依次通过第一电磁流量计6-1、第一湿温度控制器7-1、第一电磁阀8-1和管道连接吸附罐12顶部的混合空气进口，所述吸附罐12中部为吸附剂筒14，所述吸附剂筒14为脱卸式，其上部通过第一密封圈13-1连接吸附罐上部，下部通过第二密封圈13-2连接吸附罐下部，所述吸附罐12顶部设有上游气体采样口 9-1，底部设有下游气体采样口 9-3和弹性管段22 ;所述吸附剂筒14固定于吸附剂筒箍16上，所述吸附剂筒14外壁上设有若干分段气体采样口 9-2和环形采样圈15，所述环形采样圈15与分段气体采样口 9-2相通，所述气体采样口 9-1、分段气体采样口 9-2和下游气体采样口 9-3分别与气体浓度检测器20相连；吸附罐12下端通过管道与主体测试系统气体出口端C相连，所述管道中间设有第三电磁阀8-3 ；
热力脱附系统包括第二电磁阀8-2，第四电磁阀8-4，第二温湿度控制器7-2，第二电磁流量计6-2和空气过滤除湿器2-2，所述吸附罐12顶部与气体出口端B通过管道连接，所述管道中间设有第二电磁阀8-2;空气入口端D与所述吸附罐12底部通过管道相连，此管道间依次设有第二空气过滤除湿器2-2、第二温湿度控制器7-2和第四电磁阀8-4 ;
自动控制系统包括空气压缩机1，真空泵23，温湿度传感器10，压力传感器11，气缸摆动臂17，摆动气缸18，电子天平19，第一往复气缸21-1，第二往复气缸21-2，电路24以及主机25，所述温湿度传感器10和压力传感器11分别设置于吸附罐12顶部，气缸摆动臂17固定于吸附剂筒箍16上，所述气缸摆动臂17固定于摆动气缸18上；所述第一往复气缸21-1和第二往复气缸21-2分别固定于吸附罐12下部两侧；所述电子天平19用于称量吸附剂筒14的质量；所述空气压缩机I分别连接空气入口端A或者空气入口端D，所述真空泵23连接气体出口端B或气体出口端C ;所述空气压缩机1、测试气体发生源3、电子天平19、摆动气缸18、真空泵23、第一电磁阀8-1、第二电磁阀8-2、第三电磁阀8_3、第四电磁阀8_4、温湿度传感器10、压力传感器11、第一温湿度传感器7-1、第二温湿度传感器7-2、气体浓度检测器20、第一电磁流量计6-1和第二电磁流量计6-2分别通过电路24连接主机25。
[0009]本发明中，气体混合器5包括测试气体气管5a，旋流叶片5b，壳体5c，挡板5d，测试气体出口 5e和实心叶片轴5f，其中:6个旋流叶片5b同轴布置，两个相邻的旋流叶片5b之间间隙构成6道气路，三块挡板5d间隔设置于3道气路前端；测试气体气管5a与实心叶片轴5f相连，测试气体气管5a末端对应的三道设有挡板的气路为三个测试气体出口 5e。三道无挡板的气路与空气管道相通，为空气旋流通道，测试气体通过测试气体气管5a，经测试气体出口 5e进入有挡板的旋流通道，空气和测试气体通过间隔通道旋流后在出口处达到均匀混合。
[0010]本发明中，所述吸附剂筒14为圆筒形，内填充待测试吸附剂，吸附剂筒14上均匀设3-6个环形采样圈15。
[0011]本发明中，所述环形采样圈15包括若干个出气口 15a和环形空心通道15b，其中:出气口 15a的数目为4-8个，环绕吸附剂筒14均匀分布，环形空心通道15b分别与分段气体采样口 9-2相通，与气体浓度检测器20相连。
[0012]本发明提出的一种吸附材料性能测试装置的使用方法，所述装置可以实现吸附剂吸附性能测试系统在一定压力、温度、湿度范围内的可调控性，当测试吸附剂在高于标准大气压力、一定温湿度下的吸附性能，可由空气压缩机1，第一空气过滤除湿器2-1，测试气体发生源3，空气干燥部件4，气体混合器5，第一电磁流量计6-1，第一温湿度控制器7-1，第一电磁阀8-1，上游气体采样口 9-1，吸附罐12，第一密封圈13-1，吸附剂筒14，环形采样圈15，吸附剂筒箍16，分段气体采样口 9-2，气体浓度检测器20，第二密封圈13-2，弹性管段22，下游气体采样口 9-3，第三电磁阀8-3并配合自动控制系统实现；具体过程为:将吸附剂筒14内填满待测吸附剂，并固定于吸附剂筒箍16上，通过摆动气缸18旋到电子天平19上称量初始质量，再将吸附剂筒14旋到吸附罐12下方，往复气缸21将吸附剂筒14与吸附罐12上下对接并夹紧，利用第一密封圈13-1和第二密封圈13-2保证主体测试系统气密性；将空气压缩机I与空气进口端A相连，关闭第二电磁阀8-2和第四电磁阀8-4，打开空气压缩机1，空气经第一空气过滤除湿器2-1净化后，通过气体混合器5与经过空气干燥部件4除湿的测试气体混合均匀，通过温湿