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        【研究】微尺度下的傳質規律

        更新時間:2023-08-17  |  點擊率:281
          微反應器設備內能夠較好地消除傳質限制,使化學反應和分離過程得到強化,微尺度下氣 / 液體系的傳質性能對于氣 / 液接觸過程的微型化研究具有重要意義。
         
          微通道內氣 / 液傳質性能可通過研究氣泡運動階段傳質規律來分析。

        圖:T 形通道與并流通道內氣泡生成階段的傳質過程

         
          通常傳質性能被認為與體系的流體力學及化學反應的動力學條件緊密相關,特別是對于化學吸收過程。由式(1)得到氣泡在運動階段的液相總傳質系數 Kl , 圖 1 顯示了兩相流量對傳質系數的影響。

         (式(1))

         
          可以看出,傳質系數隨兩相相比的增大而有所上升,當相比固定時,基本不受到氣相流量的影響。

        圖 1 兩相流量、MEA 濃度對氣泡運動階段傳質系數的影響,(a),(b)并流通道;(c),(d)T 形通道

         
          這一結果可以解釋為,提高連續相與分散相的相比增強了氣泡之間液柱的內環流,內環流的作用可減小邊界層厚度,并促進相界面處物質的表面更新速率,因而引起了傳質系數的增大。
         
          相反,固定相比的條件下,在氣泡的流動過程中,無論是環繞氣泡的外部流場還是氣泡的內部流場基本與氣相流量關系不大,因而傳質系數呈現出不隨氣相流量變化的趨勢。
         
          由圖還可以看出,當流量固定時,傳質系數隨著吸收劑濃度的增大而顯著上升。這一結果是由化學反應對傳質過程的強化作用引起的,表征這一強化作用的增強因子 E 定義為 kl /kl0,當 Ha 值大于 3 時 E ≈ Ha。
         
          圖 2顯示了氣相中初始 CO2 體積分數對傳質系數的影響??梢钥闯?,當兩相流量和吸收劑濃度等操作條件固定時,液相總傳質系數基本不隨 CO2 體積分數的變化而改變。

        圖2:CO2體積分數對氣泡運動階段傳質系數的影響,(a)并流通道;(b)T 形通道

         
          總體來講,并流通道內氣泡運動階段液相總傳質系數 Kl 在(1.3 ~ 4.9)×10−3 m/s,T 形通道內 Kl 在(1.8 ~ 4.9)×10−3 m/s 范圍。氣泡運動階段的液相總傳質系數主要依賴于兩相相比和吸收劑濃度,隨著相比和 MEA 濃度的升高而增大,與氣相流量和氣相中 CO2 體積分數關系不大,表現出傳質過程由液相膜傳質阻力控制的特點。
         
          形成這一結果的原因可以解釋為,在氣泡的運動階段,氣泡內 CO2 濃度分布逐漸趨于均一,但氣泡和液柱相對運動速度較小,CO2 在液相中的擴散速率較慢,因而傳質阻力主要集中在液膜內。
         
          深入流動化學的基礎研究,化學、物理、機械、電子、軟件、自動化的綜合協調,是歐世盛科技體系化研制流動化學設備的基礎。
         
          流動化學微反應工藝已經在精細化工領域成為關注的焦點,微反應器的點就在于,可以提高混合效果,提供精確的溫度控制,并大大縮短工藝篩選和工藝放大的周期。
         
          與傳統的間歇式方法相比,微反應器不僅可以提高反應性能,還可以提高安全性。由于微通道的孔徑極細,傳熱效率高,可以安全地進行間歇實驗中的一些危險反應,如硝化反應、氟化反應、疊氮化物反應、氧化還原反應等。
         
          歐世盛科技的流動化微反應解決方案,基于將微化工底層技術與合成工藝的結合,構建流動化微反應的工業級解決方案。通過多樣化的流動化學產品線不斷滿足更多的反應需求。
         
          歐世盛方案從流動化學的“心臟”——穩定無脈動的高壓輸液泵開始,到“插拔式”微反應器的微反應合成平臺、g級kg級及放大的微反應連續加氫平臺、微反應連續流臭氧平臺、連續氣液&液液分離設備、反應動力學設備、全自動氣液性質測定儀,1-16通道全自動催化劑評價裝置以及公司最新的自動配液及連續微反應多通道(間歇)合成工作站平臺等設備。
         
          集合在線檢測、傳感器及應用型平臺方案,幫助越來越多科研機構、精細化工企業解決研發生產過程中的瓶頸問題,使越來越多的危險反應工藝向著綠色、安全、高效和可持續化方向發展。

         

         
          參考文獻
         
          Choi W J, Min B M, Seo J B, Park S W, Oh K J. Effect of ammonia on the absorption kinetics of carbon dioxide into aqueous 2-amino-2-methyl-1-propanol solutions[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2009, 48:4022-4029.

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