微尺度下液-液流动与传质特性的研究进展

微化学工程是现代化学工程学科的前沿,主要研究微时空尺度下流体流动、传热、传质现象与反应规律。着重介绍近十年来微通道内单相流体流动、互溶液-液两相流体流动与混合、互不相溶液-液两相流体流动与传质的理论和实验的最新研究进展。     

微通道内液-液两相流流型及传质的研究进展

微通道内液-液两相流流动在微化工系统中占有重要的地位,了解微通道内液-液两相流体流动和传质规律对推动其工业化应用有重要作用。本文以微通道内液-液两相流系统为研究对象,简述了不同工况下微通道内液-液两相流流型和混合传质效率,分析了微通道特征、流体性质和流体流动速度等对流型形成和传质效率的影响。指出目前对于微通道内液-液两相流的研究多处于定性研究,定量研究仅针对某一体系展开,所得结果具有一定的局限性。关于微通道内液-液两相流传质研究实验较多而数值模拟方法相对较少,接下来的研究工作中应该考虑建立微通道内液-液两相流基础研究的数据库,通过分析大量的数据获得有效的流型划分准则和相关经验式以此推动微通道内液-液两相流的工业化应用。同时在传质研究过程中应研究开发相应的数值模拟模型,保证实验和数值模拟相结合,提出有效的传质效率评价机制。     

毫米通道内氯苯-水非均相体系混合效果研究

以氯苯-水体系为对象,研究了毫米通道内液液非均相流体在不同流速下的流动形态及其混合传质效果。通过对子弹流型、子弹单滴混合流型、三相并行流型的观察分析,以流动雷诺数、毛细数、韦伯数为评价参数,讨论了流体流动表面力与流型形成的关系。以混合传质前后水相中醋酸浓度的变化为分析依据,探究了流体流型、流速对液液非均相体系传质效率与总体积传质系数的影响。结果表明:界面张力是子弹流型、子弹单滴混合流型形成的主导控制力,流动惯性力则促进三相并流的产生;随着流速的增加和流型的转变,扩大了二相传质界面积,提高了混合过程的总体积传质系数和传质效率。     

小曲率蛇形微通道弯头处弹状流流动及传质特性的数值研究

采用CLSVOF（coupled level set and volume of fluid）方法,以空气和水为工作流体对小曲率矩形截面蛇形微通道内气液两相流动进行模拟研究。验证模型的合理性后,研究了曲率对弯通道内压降的影响,曲率及气相速度对弹状流气泡及液塞长度的综合影响;同时深入分析了弯管内气液两相流动的传质特性,包括不同曲率下气泡长度的变化,弯管内液侧体积传质系数与液膜体积传质系数的比较,曲率及气相速度对液相体积传质系数的影响。同时,对比了回转弯道与直微通道传质系数的差异,发现弯微通道可以强化传质。     

微通道内气-液弹状流动及传质特性研究进展

气-液弹状流,又称Taylor流,是一种以长气泡和液弹交替形式流动的流动形态。微通道内气-液弹状流因其气泡与液弹尺寸分布均一、停留时间分布窄、径向混合强等优点,是一种适于强化气-液反应的理想流型。本文首先介绍了微通道内气泡的生成机理、气泡和液弹长度,以及气泡生成阶段的传质特征。其次系统综述了主通道中弹状流动及传质过程的研究进展,包括气泡形状与液膜厚度、液弹内循环和泄漏流特征、气-液传质系数的测量与预测,以及物理与化学吸收过程中的传质特性等方面内容。最后阐述了当前研究的不足并展望了气-液弹状流的研究方向。     

微尺度内液-液传质及反应过程强化的研究进展

微化工技术作为一种高效的过程强化技术获得了广泛应用。本文从流动、传递及反应三者之间的耦合机制出发,系统综述了近十五年以来关于微尺度内液-液两相流动与传质过程特征、强化传质的微反应器、评价标准及其在化学品合成与材料制备中的应用等方面的研究进展,并对其未来发展方向进行了展望。     

微通道内CO2吸收与传质及资源化利用的研究进展

由于在流体流动、传质、传热及反应等方面良好的调控能力,微化工技术成为化工学科重要的发展领域。综述了近年来以CO₂应用为背景的微化工系统中的多相流与传质的研究进展。从流体流动和传质机理出发,分别介绍了物理吸收和化学吸收过程的传质规律。总结了二氧化碳资源化利用的应用进展。展望了微化工技术在二氧化碳吸收与传质方面的发展前景。     

微通道内气-液传质研究

以CO₂-H₂O为模型体系，实验考察了当量直径为667 μm的单通道和16个并行通道内的气-液传质行为.实验发现，液体表观速度增加，单通道内液侧体积传质系数明显提高;同一液体表观速度下，液侧体积传质系数随气体表观速度增加而增加;在实验数据基础上关联了液侧体积传质系数与气-液两相流参数间的关系.微通道内的液侧体积传质系数较常规尺度气-液接触设备至少高1～2个数量级.并讨论了并行微通道内气-液两相流分配特性对整体传质性能的影响，表明合理设计气、液流动分布结构，可保证微通道内优异的传质特性.     

基于微吸收器的CO2吸收过程研究进展

微化工技术在流体流动、过程强化、传质与反应过程等领域备受关注,本文归纳整理了3种不同类型的微吸收器（微降膜吸收器、微通道吸收器和微网格吸收器）捕集CO₂过程中的水力学性质和传质过程及其机理研究进展,并对3种微吸收器吸收CO₂过程中存在的问题进行分析总结,同时对微吸收器能快速工业化提出展望。其中重点介绍了微通道泰勒流吸收器的水力学流动特性,包括泰勒流气泡的生成机制、气泡和液弹的长度、气泡的输运和运动速度、气泡截面形状及液膜厚度和气液两相流压降;归纳了微通道泰勒流吸收过程的传质过程机理和传质系数的模型以及不同影响因素（通道截面尺寸,通道长度,主通道结构及入口形状,气、液相组成及其流速,吸收剂和系统压力）作用下CO₂吸收效率和传质系数的研究进展。     

超声微反应器内气液传质过程的介尺度强化机制

采用CFD方法对超声微反应器内的Taylor气液两相流的传质过程进行了模拟。针对传质过程中主要的介尺度结构,包括气泡表面波、空化声流、液相内的局部浓度,分析了其空间分布和时间演化规律。模拟结果有效捕捉了实验难以观测的液膜区域,并将液膜厚度与气泡表面波振动进行了关联,阐释了气液界面附近的空化声流对传质过程的强化作用。根据超声微反应器内Taylor流的传质特点,分别研究了不同流动和超声条件对液弹内和液膜处传质过程的影响,比较了各局部传质对整体传质效率的贡献。通过分析整体/局部Sherwood数与Peclet数间的关系,研究了超声效应对气液传质速率的影响。分析结果从介尺度角度验证了文献关于超声微反应器传质系数的计算,完善了超声微反应器内气液传质过程的强化理论。     

物料衡算在处理化学工程问题中的灵活应用

在处理化学工程问题时,化工原理课程应用了物理学和化学中的相关原理,通过数学的手段描述问题和解决问题.依据质量守恒原理对于化工过程进行物料衡算是重要的描述问题和解决问题的工程方法之一.处理不同工程问题时进行物料衡算的目的有着很大的不同.在很多情况下,对所描述的工程问题进行物料衡算不仅仅是为了验算物料的平衡,而是应用这一原理建立起一个关键的关系式,从而得到解决工程问题的方法.     

岩体移动参数反分析的模糊数学方法

在采矿和岩土工程问题中,岩土移动变形及工程参数分析是该领域的重要工程研究课题.本文针对地下工程开挖而导致的岩体移动变形分析问题,根据模糊数学理论建立了模型,对工程参数确定给出了反分析方法.分析结果表明,理论结果与现场实测资料吻合较好,表明本文所建立的模糊数学模型适用于分析实际工程问题.     

化工原理传质单元操作工程研究的方法论

基于对化工原理课程中各传质单元操作工程研究方法的分析,笔者论述了各传质单元操作的研究方法,在相平衡描述、传质速率描述、物料衡算、极限处理法和技术经济性分析等几个方面存在着共同的特征。掌握这一共性特征,对于整体上把握传质单元操作的教学内容和教学方法,具有认识论和方法论上的意义。     

浅谈化工热力学在制药工程专业本科教学中的地位

制药工程专业是奠定在药学、生物技术、化学技术、化学和工程学基础上的交叉学科,是一门工程技术科学。制药过程从原料药到药品,每一个生产环节都离不开能源的合理利用,离不开相际之间的传质、传热过程,也离不开化学反应过程。本文通过实例阐明了化工热力学在制药工程专业本科教学中所起到的作用,为了培养具有较强的工程技术能力、社会急需的制药工程专业人才,化工热力学的课程设置是必要的。     

化学工程科学发展的回顾与思考

简述了化学工程科学发展的主要成果,重点介绍了近期发展的“产品工程”,化学工程中的尺度问题及化工过程“场”和“流”分析等方面的进展及其对化学工程科学内容的贡献;提出以“质量传递与转化”,“能量传递与转化”及“信息传递与转化”来描述现代化学工程学科体系。本文还对我国化工科学及产业发展进行了展望。     

Mathematical modeling in chemical engineering and biotechnology

This article reviews publications in Russian journals on mathematical modeling in chemical engineering and biotechnology. The major emphasis is on crystallization, mass transfer, and dissolution in chemical engineering processes, as well as steady and unsteady states in biotechnology. Two approaches to modeling in biotechnology are considered: structured and unstructured approaches.     

液固磁稳定床研究进展

鉴于液固磁稳定床在石油化工、生化工程及环境工程等领域具有广阔的应用前景,本文从流体力学特性、传质过程、返混与扩散等几个方面,对液固磁稳定床的研究进展进行了综述。     

Periodic pressure forcing of catalytic reactions

Use of total pressure modulation to improve reactor performance has attracted attention for about three decades from a several different fields: chemical engineering, metallurgical engineering and biochemical engineering. Ultrasonic excitation of both mass transfer and reaction systems has been discussed in the literature extensively. Although ultrasonic pressure waves are low-amplitude, high-frequency, total-pressure oscillations, this review will consider such excitation just peripherally. Our attention will be focussed on forcing at higher amplitudes and much lower frequencies. These are directed at enhancing mass transfer in porous catalyst particles. High-amplitude forcing has been studied for other reactor operating variables such as feed composition and temperature. Modulation in which an abrupt pressure reduction is employed can stimulate reaction systems that are product-inhibited. There is a no literature in this area, but interest is growing because an extension of the principles involved leads to pressure-swing reactors.