微反應(yīng)器設(shè)備內(nèi)能夠較好地消除傳質(zhì)限制，使化學(xué)反應(yīng)和分離過程得到強(qiáng)化，微尺度下氣 / 液體系的傳質(zhì)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(nèi)氣 / 液傳質(zhì)性能可通過研究氣泡運(yùn)動階段傳質(zhì)規(guī)律來分析。
圖：T 形通道與并流通道內(nèi)氣泡生成階段的傳質(zhì)過程
通常傳質(zhì)性能被認(rèn)為與體系的流體力學(xué)及化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)條件緊密相關(guān)，特別是對于化學(xué)吸收過程。由式(1)得到氣泡在運(yùn)動階段的液相總傳質(zhì)系數(shù) Kl ， 圖 1 顯示了兩相流量對傳質(zhì)系數(shù)的影響。
(式(1))
可以看出，傳質(zhì)系數(shù)隨兩相相比的增大而有所上升，當(dāng)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(yùn)動階段傳質(zhì)系數(shù)的影響，(a)，(b)并流通道；(c)，(d)T 形通道
這一結(jié)果可以解釋為，提高連續(xù)相與分散相的相比增強(qiáng)了氣泡之間液柱的內(nèi)環(huán)流，內(nèi)環(huán)流的作用可減小邊界層厚度，并促進(jìn)相界面處物質(zhì)的表面更新速率，因而引起了傳質(zhì)系數(shù)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(huán)繞氣泡的外部流場還是氣泡的內(nèi)部流場基本與氣相流量關(guān)系不大，因而傳質(zhì)系數(shù)呈現(xiàn)出不隨氣相流量變化的趨勢。
由圖還可以看出，當(dāng)流量固定時，傳質(zhì)系數(shù)隨著吸收劑濃度的增大而顯著上升。這一結(jié)果是由化學(xué)反應(yīng)對傳質(zhì)過程的強(qiáng)化作用引起的，表征這一強(qiáng)化作用的增強(qiáng)因子 E 定義為 kl /kl0，當(dāng) Ha 值大于 3 時 E ≈ Ha。
圖 2顯示了氣相中初始 CO2 體積分?jǐn)?shù)對傳質(zhì)系數(shù)的影響。可以看出，當(dāng)兩相流量和吸收劑濃度等操作條件固定時，液相總傳質(zhì)系數(shù)基本不隨 CO2 體積分?jǐn)?shù)的變化而改變。
圖2：CO2體積分?jǐn)?shù)對氣泡運(yùn)動階段傳質(zhì)系數(shù)的影響，(a)并流通道；(b)T 形通道
總體來講，并流通道內(nèi)氣泡運(yùn)動階段液相總傳質(zhì)系數(shù) Kl 在(1.3 ～ 4.9)×10−3 m/s，T 形通道內(nèi) Kl 在(1.8 ～ 4.9)×10−3 m/s 范圍。氣泡運(yùn)動階段的液相總傳質(zhì)系數(shù)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?jǐn)?shù)關(guān)系不大，表現(xiàn)出傳質(zhì)過程由液相膜傳質(zhì)阻力控制的特點(diǎn)。
形成這一結(jié)果的原因可以解釋為，在氣泡的運(yùn)動階段，氣泡內(nèi) CO2 濃度分布逐漸趨于均一，但氣泡和液柱相對運(yùn)動速度較小，CO2 在液相中的擴(kuò)散速率較慢，因而傳質(zhì)阻力主要集中在液膜內(nèi)。
深入流動化學(xué)的基礎(chǔ)研究，化學(xué)、物理、機(jī)械、電子、軟件、自動化的綜合協(xié)調(diào)，是歐世盛科技體系化研制流動化學(xué)設(shè)備的基礎(chǔ)。
流動化學(xué)微反應(yīng)工藝已經(jīng)在精細(xì)化工領(lǐng)域成為關(guān)注的焦點(diǎn)，微反應(yīng)器的特點(diǎn)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(tǒng)的間歇式方法相比，微反應(yīng)器不僅可以提高反應(yīng)性能，還可以提高安全性。由于微通道的孔徑極細(xì)，傳熱效率高，可以安全地進(jìn)行間歇實(shí)驗(yàn)中的一些危險(xiǎn)反應(yīng)，如硝化反應(yīng)、氟化反應(yīng)、疊氮化物反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等。
歐世盛科技的流動化微反應(yīng)解決方案，基于將微化工底層技術(shù)與合成工藝的結(jié)合，構(gòu)建流動化微反應(yīng)的工業(yè)級解決方案。通過多樣化的流動化學(xué)產(chǎn)品線不斷滿足更多的反應(yīng)需求。
歐世盛方案從流動化學(xué)的“心臟”——穩(wěn)定無脈動的高壓輸液泵開始，到“插拔式”微反應(yīng)器的微反應(yīng)合成平臺、g級kg級及放大的微反應(yīng)連續(xù)加氫平臺、微反應(yīng)連續(xù)流臭氧平臺、連續(xù)氣液&液液分離設(shè)備、反應(yīng)動力學(xué)設(shè)備、全自動氣液性質(zhì)測定儀，1-16通道全自動催化劑評價(jià)裝置以及公司最新的自動配液及連續(xù)微反應(yīng)多通道(間歇)合成工作站平臺等設(shè)備。
集合在線檢測、傳感器及應(yīng)用型平臺方案，幫助越來越多科研機(jī)構(gòu)、精細(xì)化工企業(yè)解決研發(fā)生產(chǎn)過程中的瓶頸問題，使越來越多的危險(xiǎn)反應(yīng)工藝向著綠色、安全、高效和可持續(xù)化方向發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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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