微反應器設備內(nèi)能夠較好地消除傳質(zhì)限制，使化學反應和分離過程得到強化，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)性能被認為與體系的流體力學及化學反應的動力學條件緊密相關，特別是對于化學吸收過程。由式(1)得到氣泡在運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
這一結果可以解釋為，提高連續(xù)相與分散相的相比增強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。這一結果是由化學反應對傳質(zhì)過程的強化作用引起的，表征這一強化作用的增強因子 E 定義為 kl /kl0，當 Ha 值大于 3 時 E ≈ Ha。
圖 2顯示了氣相中初始 CO2 體積分數(shù)對傳質(zhì)系數(shù)的影響。可以看出，當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 體積分數(shù)的變化而改變。
圖2：CO2體積分數(shù)對氣泡運動階段傳質(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 體積分數(shù)關系不大，表現(xiàn)出傳質(zhì)過程由液相膜傳質(zhì)阻力控制的特點。
形成這一結果的原因可以解釋為，在氣泡的運動階段，氣泡內(nèi) CO2 濃度分布逐漸趨于均一，但氣泡和液柱相對運動速度較小，CO2 在液相中的擴散速率較慢，因而傳質(zhì)阻力主要集中在液膜內(nèi)。
深入流動化學的基礎研究，化學、物理、機械、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設備的基礎。
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參考文獻
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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