《微氣泡強化極端相比液/液相間傳質過程的基礎研究》是依託清華大學，由譚璟擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微氣泡強化極端相比液/液相間傳質過程的基礎研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：譚璟
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
伴隨極端相比的液/液相間傳質過程在眾多化工過程中均有重要套用，引入微米級氣泡群，構建氣/液/液微分散體系，對強化極端相比的液/液傳質過程有顯著效果。進行相關的基礎研究對發展高效率、低能耗的新型氣/液/液分散技術和傳質設備具有重要的戰略意義。本課題以微氣泡群強化極端相比液/液相間傳質過程為研究對象，以多級膜分散設備實現結構、尺寸可調控的氣/液/液微分散體系的構建，並在此基礎上系統研究考察氣/液/液微分散體系的結構、組成、傳質方向和操作條件對液/液相間傳質性能影響，分析各因素影響傳質過程的作用方式，建立預測微氣泡群作用下的液/液相間傳質性能的數學和物理模型，並進一步分析傳質過程的內在機理，實現液/液相間傳質過程強化，發展高效液/液傳質設備。研究目的旨在探討氣/液/液體系的微分散和傳質基本規律，豐富微尺度條件下多相流動和傳遞過程的基本理論，為發展新型高效的多相流分散技術和高效傳質設備提供基礎。
結題摘要
極端相比萃取過程在化學工業中有廣泛的套用，如己內醯胺萃取、磷酸淨化、石油重整過程，等等。在極端相比下，萃取過程的設備成本和操作成本都顯著增大。本項目所提出的“引入微分散氣泡於極端相比液-液體系中，以提高極端相比液-液萃取過程的傳質效率”的方法，對強化極端相比液-液萃取過程，提高化學工業的生產效率，促進化學工業的發展，具有潛在的優勢。 本項目以綠色、高效地實現極端相比萃取過程的強化為目標，重點從理論和實驗兩方面論證了微尺度條件下多相分散體系結構變化、分散尺寸調控與傳遞基本規律及其內在機理。 首先，基於Fick定律分析了極端相比液-液萃取過程的傳質過程機理，結果表明：對於極端相比萃取過程，以相含率較高的一相作為分散相時，有助於更高效地實現傳質過程；分散尺寸的減小有助於從增大傳質係數和增大傳質比表面積兩方面共同作用於傳質過程的強化。進而，針對極端相比液/液萃取過程的特點，設計了三種不同的氣泡引入模式：G-O/W，G/O/W和G/W/O模式，並分別建立數學和物理模型，對傳質過程進行了計算。計算結果表明，所設計的三種模式中，G/W/O模式可從增大總傳質係數和提高傳質比表面積兩方面共同促進總體積傳質係數的增大，同時更有助於構成穩定的氣/液/液體系，具有更大的操作可行性；對於不同的氣泡引入模式，傳質微單元體積的減小均有助於總體積傳質係數的增大。 在理論分析的基礎上，設計不同結構的膜分散以及雙重膜分散裝置，實現了尺寸和結構可調控的液/液微分散體系和氣/液/液微分散體系的製備，並以此研究了微分散氣泡引入前後的極端相比液/液體系的傳質規律。研究結果表明，對於極端相比液/液體系，傳質效率低下。其中，將相含率高的一相作為操作過程中的分散相，可得更高的傳質效率；分散尺寸的減小也得以有效促進傳質效率的提高，與理論計算結果吻合良好。對不同氣泡引入方式下的傳質效果的研究表明，G/W/O模式對於促進極端相比液/液萃取過程具有最優效果，其傳質微單元結構也是所構建的氣/液/液微結構中最穩定的一種，具有更良好的實際套用前景。將實驗結果與理論計算結果進行了對比，二者符合良好。對引入微氣泡前後的設備尺寸進行了核算，結果表明，微分散氣泡的引入對於實現高效的極端相比萃取過程具有顯著的促進作用。 本項目建立了多相微分散體系傳遞過程的基本理論和數學模型，發展了高效微分散分離設備，為新一代微化工過程的發展提供了基礎。
