膜微反應器中流動與傳質(zhì)性能研究及其應用.pdf

1、化工過程強化技術是在不改變已定生產(chǎn)任務的同時，通過縮小設備體積，簡化生產(chǎn)工藝，壓縮設備數(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)展新型反應分離耦合技術與裝置對化工反應過程強化具有重要的理論意義和應用價值。
　　微化工系統(tǒng)的出現(xiàn)為綠色、安全、高效的完成反應過程提供了新的技術和方法，而膜反應技術通過反應與分離耦合實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的有效強化。論文將微流控技術與膜分離技術結(jié)合，設計發(fā)展新型膜微反應器，從而實現(xiàn)反應-

2、分離耦合過程的強化。但是，作為一個新的研究方向，目前關于膜微反應器的理論研究非常少，要實現(xiàn)反應與分離耦合過程的強化，需要對膜微反應器內(nèi)流體流動、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規(guī)律研究平臺，探討了微尺度下流動基本規(guī)律。通過可視化實驗與計算流體力學模擬，分析了流體與通道壁面浸潤性能對液相流動的影響。通過分析不同流型時微通道內(nèi)擠壓力、剪切力和界面張力的作用關系，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。對不同流型時的速度場進行了分析，指出不同流場下主導作用力的區(qū)別。為膜微反應器中流體流動規(guī)律的研究提供了理論基礎。
　　其次，利用滲透汽化膜微反應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、水含量和流速對膜微反應器分離性能的影響。根據(jù)溶解-擴散機理，采用串聯(lián)阻力模型，建立了滲透汽化傳質(zhì)半經(jīng)驗模型。為膜微反應器應用于反應-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基礎理論，建立了膜微反應器中流動方程，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，評價模型的使用。在流動模型的基礎上，建立了膜微反應器中二組元對流擴散模型，通過模擬計算得到出口截面水濃度，并與實驗結(jié)果相比較。豐富了微通道內(nèi)流體流動的基礎理論。
　　最后，在膜微反應器內(nèi)流動與傳質(zhì)性能研究的基礎上，以酯化反應為例，分析了催化膜微反應器對滲透汽化-反應耦合過程的強化