电磁场作用下的强化传质研究进展

总结了电场、磁场和电磁场作用下强化传质的一些实验与理论工作,分析了3种强化传质方式在传质对象和传质机理方面的一些不同.进行比较后显示,电磁场强化传质的应用更加广泛,其强化传质机理可解释为:电磁场与物质的相互作用改变了物质的活性,降低了传质过程的活化能,从而使扩散得到增强.最后介绍了微波非热效应的一些实验与理论研究进展.研究表明,一些化学反应、陶瓷烧结和萃取等过程的传质得到强化确实是由于微波非热效应的作用.     

超重力场内气液传质强化研究进展

气液传质过程广泛存在于化学工业当中。气液传质强化技术的研究, 对缩短工艺流程、缩小设备尺寸、降低投资和运行成本等具有重要的意义。以旋转床为核心装备的超重力技术, 是气液传质过程强化的有效技术之一。经过30多年的发展, 超重力过程强化技术在基础和应用研究方面都取得了长足的进展, 特别是在受混合和传递限制的过程中得到广泛应用。本文从旋转床转子结构出发, 综述了整体旋转式、双动盘式、动静结合式等转子结构的超重力旋转床气液传质强化的研究进展和理论成果, 并展望了超重力旋转床气液强化传质的发展方向。     

超声传质过程机理

简述了超声化学化工的发展历史,在分析声能量与物质间的相互作用形式的同时,论述了超声空化现象的四种物理学效应和四种化工传递附加效应,讨论了超声传质及其对吸收、萃取、结晶、过滤、乳化等单元过程强化的机理。     

超重力精馏传质过程强化理论分析

超重力精馏技术是一种新型的过程强化精馏技术,文中通过实验与理论分析,探讨其传质过程强化的作用机理。以乙醇/水为物系,多级旋转填料床为主要设备,在常压操作条件下,进行超重力精馏实验研究。在超重力因子为31—196,原料流量为15—30 L/h,原料摩尔分数为0.089 1—0.283 1,回流比为1.0—2.5的操作条件下,超重力装置的理论塔板高度为12.7—152 mm,比传统精馏塔低1个数量级。通过分析流体在超重力装置内的流动状态,提出超重力精馏过程的传质原理及传质单元——液膜。通过理论分析,认为超重力精馏传质过程克服了双膜理论、渗透理论与表面更新理论中的瓶颈,是超重力精馏传质过程强化的根本原因。     

物理场强化气液传质的研究进展

分别简述了磁场、电场、电磁场、超声场和超重力场5种物理场的作用机理,综述了这些物理场在强化蒸发、精馏和气体吸收等气液传质过程中的研究进展,同时概述了物理场强化气液传质的热力学研究进展。分析表明,物理场强化气液传质在化工、环保和节能减排等领域具有广泛的应用前景,但目前的研究大多还处于实验阶段,其机理和各种因素对强化效果影响的研究还不够深入和完善。指出今后研究热点主要包括：继续探索物理场强化传质的作用机理,拓展其应用领域,并对过程中的瓶颈问题进行技术攻关;通过实验和热力学研究两种方法对不同种类物理场强化传质效果进行比较,以确定各种物理场的适用体系。     

气液反应体系相界面传质强化研究

气液反应界面传质的强化是当今高效和节能反应器研究的重要课题,弄清反应器内的气液传质机理是对气液反应器进行数学描述的关键。反应过程的能效和物效与体系中的传质系数k_G,k_L,k_S以及相界面面积a等参数直接相关,这些参数受气泡尺寸、分布、表观气速和气含率等因素的制约。就确定的体系和反应条件而言,这些因素会因反应器的结构尤其是搅拌和混合方式的变化而异。文章从理论上分析了影响气液界面传质的各因素,建立了较为详细的理论模型。理论计算结果表明:气泡大小是影响气液界面传质和最终反应速率的重要流体力学参数,微米级气泡对反应过程的强化作用明显。能量耗散率是决定体系气泡大小的深层原因,强化气液反应器设计时应重点考虑。     

超声场强化直接接触式膜蒸馏研究

为了解决膜蒸馏分离过程中聚四氟乙烯(PTFE)膜通量低的问题,构建了超声场强化膜蒸馏反应器,并对膜分离工艺进行了研究。结果表明,当原水流经中空纤维膜壳程时,诸如空化、声冲流等超声效应能有效增大传质驱动力、减缓含量极化现象并提高膜蒸馏通量,其传质过程得到强化,实验范围内的PTFE膜通量可提高30%以上;原水流经中空纤维膜管程时,由于冷侧声能量高过热侧,故造成传质推动力下降,进而导致膜通量有一定程度的下降,相对通量降低了3.2%。低频高功率超声场、低温与低流速浓盐水比较有利于提高超声场强化传质效果。     

超声场强化膜分离过程研究与应用进展

膜分离过程中的膜污染和浓差极化现象,可通过超声场产生的机械振动、声冲流及声空化等实现有效控制。本文对超声场强化膜分离过程的机理与研究现状进行了分析,从超声场强化膜分离集成系统、膜材料、结构及其稳定性,超声场与其它方法协同强化膜分离过程等方面的研究工作进行了综述,并对超声场强化膜分离技术在含颗粒体系、生物食品领域、水处理...     

升温型吸收式热泵吸收器强化传热传质研究进展

文章综合介绍了国内外关于升温型吸收式热泵吸收器强化传热传质的研究进展。主要从添加表面活性剂,采用高效换热管和改进吸收循环结构三个方面进行了简要的阐述,介绍了三种方式强化传质传热的原理及国内外研究的情况。最后对热管式吸收器应用的可能性做了初步的探讨。     

纳米流体强化气液传质研究进展

简要阐述了气相沉积法、共混法和分散法3种纳米流体的制备方法以及物理法、化学法两种纳米流体的分散技术。重点综述了纳米流体强化气液传质过程以及强化机理方面的最新研究成果。分析给出了纳米流体强化气液传质的几点原因：掠过效应、抑制气泡聚并机理、边界层混合机理、渗透机理以及多个影响因素相互关联作用。并预测出可能成为研究热点并有助于统一的强化理论表述提出的4个研究方向：影响纳米颗粒强化气液传质的各种因素相互耦合作用;纳米流体对氨、CO2、CO、O2和水蒸气以外的其它气体的物理化学吸收,进一步提出纳米颗粒强化气液传质普适性模型;搜集纳米颗粒影响气液界面附近的浓度分布;速度分布的微观信息以及纳米颗粒与气液界面相互作用的研究。     

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。     

分散颗粒和超声场对鼓泡塔内传质性能的影响

用双电导探针气泡特征参数测量系统实时测定超声场与分散颗粒(活性炭)对鼓泡塔水+CO₂体系气泡Sauter直径和体积传质系数影响的变化规律。实验结果表明:无活性炭颗粒添加时,多频超声场比单频超声场更有利于提高体积传质系数,输入功率为100 W、组合超声频率为20-50-100 kHz时,体积传质系数增幅达40%~64%;加入活性炭颗粒后,体积传质系数随加入活性炭固含量的增大呈现先增大后逐渐减少的趋势,气泡Sauter直径变化规律相反,当体系中活性炭固含量为1.0 kg·m^-3时,传质增强最明显。体积传质系数随加入活性炭粒径的减小呈现增大的趋势。与无活性炭颗粒(d_s=0)比较,活性炭(固含率1.0 kg·m^-3)粒径d_s=38 μm时,液相体积传质系数在扣除吸附传质效果后仍增大1.58倍,同时引入超声场后,当组合超声频率为20-50-100 kHz,超声功率100 W时,液相体积传质系数增大2.02倍,可见超声场和分散颗粒对气液传质有显著的协同强化作用。     

微反应器耦合离子液体强化萃取过程的研究进展

离子液体作为一种绿色溶剂在强化萃取过程中获得了广泛的应用,但是高昂的生产成本以及以高黏度为特征的流体力学性质阻碍了其工业化应用。微化工技术为基于离子液体的连续化萃取提供了一种高效的过程强化平台。近年来,微化工技术与离子液体技术的耦合强化在萃取分离领域越来越受到关注。本文主要综述了微流动萃取技术的基本现状、离子液体参与的萃取过程特征、微反应器内涉及离子液体的互不相溶液-液两相流型、传质及其强化机制,重点介绍了微反应器在基于离子液体萃取金属、有机物等过程中的应用、微流动萃取过程放大的研究进展,并对涉及离子液体的多级萃取、功能化离子液体的萃取应用及其相应的微流动萃取放大等研究方向进行了展望。     

毛细管中泰勒流液侧传质特性及其强化机理的CFD模拟

采用计算流体力学（CFD）的方法,研究了圆管中泰勒流的液侧传质特性,分析了泰勒气泡上局部传质特性,并研究了气泡上升速度、液膜长度和液栓长度对液膜处和气泡半球帽处平均传质系数的影响。结果表明,泰勒气泡表面局部传质系数存在3个峰值,液膜处的平均传质系数随气泡上升速度增大显著增大,随液膜长度增大而减小,而半球帽处的平均传质系数随气泡速度和液膜长度的增大变化较小,即膜接触时间增加时,液膜处的传质系数降低,而半球帽处传质系数变化较小。另外,引入场协同原则对单元胞内速度场和浓度场进行分析,解释了局部传质特性及强化机理。最后,给出了分别预测短和长膜接触时间下泰勒流液侧体积传质系数的关联式,该式在较宽的管径尺度范围（0.25～3 mm）内的预测误差在±20%以内。     

螺旋管内对流传质场协同强化模拟

通过计算流体力学方法对层流直管内浓度场的模拟,发现大部分区域浓度梯度在径向比轴向高2个数量级。为了强化传质,应降低浓度梯度矢量和速度矢量的夹角,在径向产生一定的流动。对螺旋管内浓度场和速度场的计算表明,二次流横穿浓度等值线,提高了两场的协同。两种螺旋结构的比较表明,二次流随着Reynolds数的增大而增强,传质增强效果也越显著,正是二次流显著提高了速度场和浓度场的协同。所研究的螺旋结构在Re=1000~2400时,平均二次流速度最大达到主流速度的6.5%~6.8%,Sherwood数增大了4.99~6.43倍。     

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。     

Characterization of liquid–liquid mass transfer performance in a capillary microreactor system

Liquid–liquid mass transfer performance in a capillary microreactor system was studied with an improved experimental method. Proper sampling modes were chosen to eliminate the effect of the sampling zone on the mass transfer characterization in capillary microreactor systems. The overall volumetric mass transfer coefficients in the T‐micromixer and the capillary microreactor system were found to smoothly increase and then significantly increase with increasing the Reynolds number of two immiscible liquid phases. Other factors such as the inlet mode and inner diameter of T‐micromixer, the capillary length, and the volumetric flux ratio of the aqueous phase to the organic phase affected the mass transfer performance in the T‐micromixer and the capillary microreactor system. Furthermore, the contribution of the mass transfer in the T‐micromixer zone to the capillary microreactor system was found to be in a range of 34–78% under the involved experimental conditions, which was emphasized in the proposed empirical correlations. © 2017 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 64: 1106–1116, 2018