【研究】微尺度下的传质规律

微反应器设备内能够较好地消除传质限制，使化学反应和分离过程得到强化，微尺度 下气 / 液体系的传质性能对于气 / 液接触过程的微型化研究具有重要意义。

微通道内气 / 液传质性能可通过研究气泡运动阶段传质规律来分析。

图：T 形通道与并流通道内气泡生成阶段的传质过程

通常传质性能被认为与体系的流体力学及化学反应的动力学条件紧密相关，特 别是对于化学吸收过程。 由式（1）得到气泡在运动阶段的液相总传质系数 K l ， 图 1 显示了两相流量对传质系数的影响。

可以看出，传质系数随两相相比的增大而有所上升，当相比固定时，基本不受到气相流量的影响。

图 1　两相流量、MEA 浓度对气泡运动阶段传质系数的影响， （a），（b） 并流通道； （c），（d）T 形通道

这一结果可以解释为，提高连续相与分散相的相比增强了气泡之间液柱的内环流，内环流的作用可减小边界层厚度，并促进相界面处物质的表面更新速率，因而引起了传质系数的增大。

相反，固定相比的条件下，在气泡的流动过程中，无论是环绕气泡的外部流场还是气泡的内部流场基本与气相流量关系不大，因而传质系数呈现出不随气相流量变化的趋势。

由图还可以看出，当流量固定时，传质系数随着吸收剂浓度的增大而显著上升。这一结果是由化学反应对传质过程的强化作用引起的，表征这一强化作用的增强因子 E 定义为 kl /kl0，当 Ha 值大于 3 时 E ≈ Ha。

图 2显示了气相中初始 CO2 体积分数对传质系数的影响。可以看出，当两相流量和吸收剂浓度等操作条件固定时，液相总传质系数基本不随 CO2 体积分数的变化而改变。

图2：CO2体积分数对气泡运动阶段传质系数的影响， （a）并 流通道；（b）T 形通道

总体来讲，并流通道内气泡运动阶段液相总传质系数 Kl 在（1.3 ～ 4.9）×10−3 m/s，T 形通道内 Kl 在（1.8 ～ 4.9）×10−3 m/s 范围。气泡运动阶段的液相总传质系数主要依赖于两相相比和吸收剂浓度，随着相比和 MEA 浓度的升高而增大，与气相流量和气相中 CO2 体积分数关系不大，表现出传质过程由液相膜传质阻力控制的特点。

形成这一结果的原因可以解释为，在气泡的运动阶段，气泡内 CO2 浓度分布逐渐趋于均一，但气泡和液柱相对运动速度较小，CO2 在液相中的扩散速率较慢，因而传质阻力主要集中在液膜内。

深入流动化学的基础研究，化学、物理、机械、电子、软件、自动化的综合协调，是欧世盛科技体系化研制流动化学设备的基础。

流 动化学微反应工艺已经在精细化工领域成为关注的焦点，微反应器的独特点就在于，可以提高混合效果，提供精确的温度控制，并大大缩短工艺筛选和工艺放大的周期。

与传统的间歇式方法相比，微反应器不仅可以提高反应性能，还可以提高安全性。由于微通道的孔径极细，传热效率高，可以安全地进行间歇实验中的一些危险反应，如硝化反应、氟化反应、叠氮化物反应、氧化还原反应等。

欧世盛科技的流动化微反应解决方案，基于将微化工底层技术与合成工艺的结合，构建流动化微反应的工业级解决方案。通过多样化的流动化学产品线不断满足更多的反应需求。

欧世盛方案从流动化学的“心脏”——稳定无脉动的高压输液泵开始，到“插拔式”微反应器的微反应合成平台、g级kg级及放大的微反应连续加氢平台、微反应连续流臭氧平台、连续气液&液液分离设备、反应动力学设备、全自动气液性质测定仪，1-16通道全自动催化剂评价装置以及公司最新的自动配液及连续微反应多通道（间歇）合成工作站平台等设备。

集合在线检测、传感器及应用型平台方案，帮助越来越多科研机构、精细化工企业解决研发生产过程中的瓶颈问题，使越来越多的危险反应工艺向着绿色、安全、高效和可持续化方向发展。

参考文献

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.

流动化学微反应欧世盛整体解决方案

全自动微反应连续加氢

解决方案 设备构成 反应类型 加料系统

硝基还原、氢化去硫反应

气路控制

单元

烯烃和炔烃的还原反应

温度控制

单元

N-、O-去苄基化反应

反应单元

脱卤反应

压力控制

单元

羰基化反应

氢气气源

单元

腈类化合物还原反应

样品采集

单元

吡啶芳香环衍生物还原反应

流动化学

管理系统

H-Flow管理软件

亚胺还原反应

平台型装置

平台型装置

平台型装置

点击设备名称，了解详情

微反应器能解决哪些问题

液液均相反应器

反应类型

硝化反应、磺化反应、锂化反应、格式反应、取代反应、高温关环反应……

液液非均相反应器

反应类型

中和反应、氧化反应……

气液反应器

反应类型

氧化反应（O2）、钯催化的Heck 羰基化反应（CO）CO2气体参与的反应……

光化学反应器

反应类型

芳环或杂环的三氟甲基化反应、烯烃加成反应、自由基反应……

拓展功能

设 备 方 案

气液分离单元

在线检测单元

点击设备名称，了解详情

中国首家

FLOWLAB智造商

网址 | www.osskj.com

电话 | 010—82439598