示踪的反应器水力模拟方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于反应器水力模拟领域，涉及一种用于水力模拟的快速监测方法，具体 涉及一种基于〇H_示踪的反应器水力模拟方法。
【背景技术】
[0002] 反应器内物质扩散情况对于建立反应器物质传递模型和水力模型，进而研宄反应 器混合性能等是必不可少的依据和验证手段。
[0003] 目前，对于反应器内物质扩散情况的研宄，大都采用化学偶合法、磁粒子流动跟踪 法、单/双电导电极法、离子示踪法（Li+离子示踪，以LiCl作为示踪剂；Ca 2+离子示踪，以 CaCl2作为示踪剂）等；然而现有的这些方法无法进行原位监测，也难以实现即时监测，同 时还存在着取样、测样操作复杂、难以连续监测、积累误差较大、实验耗时较长等问题，无法 满足研宄和生产中对于反应器内物质扩散监测的要求。
[0004] 综上，如何采用一定的方法，选择合适的试剂和设备实现原位、连续、即时、便捷、 准确地监测被监测点的物质浓度，是一个对于研宄反应器内物质传递模型和水力模型很有 实际意义的问题。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种基于OiT示踪的反应器 水力模拟方法，该方法可以原位、连续、即时、便捷、准确地监测被监测点的PH值，进而结合 示踪溶液的性质、实验温度、进液PH等参数计算出示踪离子的浓度变化与分布，反映溶液 中示踪0!Γ离子的扩散情况和浓度分布。
[0006] 实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于OiT示踪的反应器水力模拟 方法，包括如下步骤：
[0007] 1)检测反应器的有效容积、进液流量、进液液体的温度和进液液体的PH值，并进 行调整，使反应器流态稳定后，在反应器的监测点位插入PH计的探头；
[0008] 2)结合反应器的有效容积，在反应器进液口处加入计算量的示踪液，使示踪液中 OiT离子在反应器中的初始混合平均浓度为KT4~lO^iol/L，同时开始计时；
[0009] 3)通过pH计监测并记录监测点位的pH值，直至pH值无明显变化，或直至时间达 到根据实验需要设定的时间终点；
[0010] 4)结合实验温度，通过德拜-休克尔公式推导后的等式， 将步骤3)测得的pH值换算为示踪液0!Γ离子的实际浓度，即换算出所述CraT;
[0011] 其中，等式中A和B在指定温度与溶剂后为常数；Z+为示踪液正电荷所带的电荷 数，Ζ_为示踪液负电荷所带的电荷数；&为离子体积系数，约等于水化离子的有效半径，以 pm(l(T12m)计；K为水的离子积常数，在指定温度下为常数；
[0012] 石2，式中Zi为示踪液第i种离子的电荷数，Ci为示踪液第i种离子在 ^ i 监测点处的浓度（随时间变化）；
[0013] 5)用与步骤4)相同的等式和方法，将步骤1)测得的进液液体的pH值换算为进液 液体本身所含的实际〇H_离子浓度；
[0014] 6)将步骤4)换算得的示踪液0!Γ离子的实际浓度减去步骤5)换算得的进液液体 本身所含的实际OiT离子浓度，得到监测点示踪0!Γ离子实际的浓度变化与最终分布。
[0015] 在物质扩散研宄中，一般通过特征物质（离子、分子或络合物）的扩散与分布来反 映物质扩散情况。因此，只需表征某种特征物质的扩散和分布就可以反映反应器内的物质 扩散情况。而OiT离子可以被pH计直接原位地监测到，并以pH值直接表征H +的有效浓度， 从而间接表征了 〇H_的有效浓度（在一定温度的同一溶液中，H+和OH^的有效浓度之积为 常数），进一步可经由适当的换算得到OiT离子的实际浓度。因此，可以用0!Γ离子作为这 种特征物质，通过监测其扩散和分布来反映碱不敏感型反应器内的物质的扩散与分布。所 述碱不敏感型反应器是指反应器本身以及反应器内溶液不会与碱发生反应。
[0016] 本发明的原理为：pH计可基于电位分析法的原理快速、原位地测量氢离子含量。 电位分析法是根据测量化学原电池的电极电位E，用能斯特方程求得溶液中待测离子的浓 度。所谓化学原电池是一种借助氧化还原反应将化学能转变为电能的装置，由正负两个电 极组成，中间由KCl盐桥沟通电路，当用导线将原电池的两极连接起来时，便产生了电流； 通过测量两电极之间的电极电位，代入能斯特方程式，即可求得溶液中离子浓度。
[0017] 具体来说，pH计中两个电极（测量电极和参比电极）间的电动势与溶液中氢离子 的活度有关。当氢离子活度发生变化时，测量电极和参比电极之间的电动势也会发生变化， 且电动势的变化符合下列公式：
【主权项】
1. 一种基于OH^示踪的反应器水力模拟方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 检测反应器的有效容积、进液流量、进液液体的温度和进液液体的pH值，并进行调 整，使反应器流态稳定后，在反应器的监测点位插入pH计的探头； 2) 结合反应器的有效容积，在反应器进液口处加入计算量的示踪液，使示踪液中0『 离子在反应器中的初始混合平均浓度为1(T4~lO^iol/L，同时开始计时； 3) 通过pH计监测并记录监测点位的pH值，直至pH值无明显变化，或直至时间达到根 据实验需要设定的时间终点； 4) 结合实验温度，通过德拜-休克尔公式推导后的等5
，将步 骤3)测得的pH值换算为示踪液0IT离子的实际浓度，即换算出所述C^T; 其中，等式中A和B在指定温度与溶剂后为常数；Z+为示踪液正电荷所带的电荷数，ZJ%示踪液负电荷所带的电荷数；S为离子体积系数，等于水化离子的有效半径，以pml(T12m 计；K为水的离子积常数，在指定温度下为常数；
，式中Zi为示踪液第i种离子的电荷数，Ci为示踪液第i种离子在监测 点处的浓度； 5) 用与步骤4)相同的等式和方法，将步骤1)测得的进液液体的pH值换算为进液液体 本身所含的实际0JT离子浓度； 6) 将步骤4)换算得的示踪液0IT离子的实际浓度减去步骤5)换算得的进液液体本身 所含的实际〇!T离子浓度，得到监测点示踪0IT离子实际的浓度变化与最终分布。
2. 根据权利要求1所述基于0H^示踪的反应器水力模拟方法，其特征在于，步骤3)中 所述用pH计监测pH值，监测间隔为0. 01~0. 1倍水力停留时间。
3. 根据权利要求1所述基于0H_示踪的反应器水力模拟方法，其特征在于，所述示踪液 优选强碱溶液，即非缔合式电解质溶液。
4. 根据权利要求1所述基于0H_示踪的反应器水力模拟方法，其特征在于，所述示踪液 优选AB型强电解质溶液。
5. 根据权利要求1所述基于0H_示踪的反应器水力模拟方法，其特征在于，实验温度优 选 10 ~35°C。
6. 根据权利要求1所述基于0H_示踪的反应器水力模拟方法，其特征在于，所述方法适 用于碱不敏感型反应器；所述碱不敏感型反应器是指反应器本身以及反应器内溶液不会与 碱发生反应。
【专利摘要】本发明公开一种基于OH-示踪的反应器水力模拟方法，待反应器流态稳定后，在进液口处加入示踪液，然后在监测点位插入pH计，通过pH计监测并记录pH值，直至pH值无明显变化或直至结合具体实验设定的时间终点；之后，结合实验温度和示踪液浓度等参数，通过德拜-休克尔公式推导后的等式，将监测的pH值换算为示踪液OH-离子的实际浓度，再减去用相同的方法换算得的进液液体本身所含的实际OH-离子浓度，得到监测点示踪OH-离子实际的浓度变化与最终分布。该方法可原位连续、方便快捷地得到示踪离子的浓度，得到反应器内物质的扩散变化情况和最终分布状态，为进行反应器内水力模拟提供基础数据，并可用于验证所构建的模型。
【IPC分类】G01N13-00
【公开号】CN104807728
【申请号】CN201510220504
【发明人】陈猷鹏, 王建辉, 申渝, 杨吉祥, 晏鹏, 郭劲松, 钟臻, 胡晓
【申请人】中国科学院重庆绿色智能技术研究院
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月4日