膜微反應(yīng)器中流動(dòng)與傳質(zhì)性能研究及其應(yīng)用.pdf

1、化工過程強(qiáng)化技術(shù)是在不改變已定生產(chǎn)任務(wù)的同時(shí)，通過縮小設(shè)備體積，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，壓縮設(shè)備數(shù)量，使整體產(chǎn)線布局更加緊湊合理，顯著降低能耗、廢料和副產(chǎn)品產(chǎn)出。發(fā)展新型反應(yīng)分離耦合技術(shù)與裝置對(duì)化工反應(yīng)過程強(qiáng)化具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　微化工系統(tǒng)的出現(xiàn)為綠色、安全、高效的完成反應(yīng)過程提供了新的技術(shù)和方法，而膜反應(yīng)技術(shù)通過反應(yīng)與分離耦合實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的有效強(qiáng)化。論文將微流控技術(shù)與膜分離技術(shù)結(jié)合，設(shè)計(jì)發(fā)展新型膜微反應(yīng)器，從而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)-

2、分離耦合過程的強(qiáng)化。但是，作為一個(gè)新的研究方向，目前關(guān)于膜微反應(yīng)器的理論研究非常少，要實(shí)現(xiàn)反應(yīng)與分離耦合過程的強(qiáng)化，需要對(duì)膜微反應(yīng)器內(nèi)流體流動(dòng)、傳質(zhì)及膜壁面?zhèn)髻|(zhì)性能有深入的研究。
　　本論文首先以矩形微通道為液相流動(dòng)規(guī)律研究平臺(tái)，探討了微尺度下流動(dòng)基本規(guī)律。通過可視化實(shí)驗(yàn)與計(jì)算流體力學(xué)模擬，分析了流體與通道壁面浸潤(rùn)性能對(duì)液相流動(dòng)的影響。通過分析不同流型時(shí)微通道內(nèi)擠壓力、剪切力和界面張力的作用關(guān)系，指出了用連續(xù)相流速表示剪切力大小，

3、使用兩相流量作為劃分流型的主要依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了多種流型（層流、液柱分散流、液滴分散流等）間的可控轉(zhuǎn)換。對(duì)不同流型時(shí)的速度場(chǎng)進(jìn)行了分析，指出不同流場(chǎng)下主導(dǎo)作用力的區(qū)別。為膜微反應(yīng)器中流體流動(dòng)規(guī)律的研究提供了理論基礎(chǔ)。
　　其次，利用滲透汽化膜微反應(yīng)器考察了不同操作條件下的膜分離性能。系統(tǒng)考察了不同溫度、水含量和流速對(duì)膜微反應(yīng)器分離性能的影響。根據(jù)溶解-擴(kuò)散機(jī)理，采用串聯(lián)阻力模型，建立了滲透汽化傳質(zhì)半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。為膜微反?yīng)器應(yīng)用于反應(yīng)-分離

4、耦合過程提供了理論依據(jù)。
　　再者，基于微通道中流體流動(dòng)基礎(chǔ)理論，建立了膜微反應(yīng)器中流動(dòng)方程，并利用有限傅立葉變換求解此方程，通過滲透汽化脫水過程，評(píng)價(jià)模型的使用。在流動(dòng)模型的基礎(chǔ)上，建立了膜微反應(yīng)器中二組元對(duì)流擴(kuò)散模型，通過模擬計(jì)算得到出口截面水濃度，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較。豐富了微通道內(nèi)流體流動(dòng)的基礎(chǔ)理論。
　　最后，在膜微反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng)與傳質(zhì)性能研究的基礎(chǔ)上，以酯化反應(yīng)為例，分析了催化膜微反應(yīng)器對(duì)滲透汽化-反應(yīng)耦合過程的強(qiáng)化