《微波場對汽液相平衡及傳質過程的作用機理研究》是依託天津大學，由高鑫擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微波場對汽液相平衡及傳質過程的作用機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：高鑫
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微波場對物質作用的特殊效應，使微波強化精餾及反應精餾技術在化工分離領域中蘊藏著巨大的潛在套用價值，如何揭示微波場對汽液相平衡及傳質過程的作用機理是亟待解決的關鍵理論問題。本項目採用基於統計熱力學原理的Monte Carlo方法和非平衡態分子動力學方法，通過引入電磁場對分子的極化轉動作用，運用分子模擬的手段分別構建微波場作用下汽液相平衡和氣液傳質過程的理論模型並進行求解，設計相應的微波輻射汽液相平衡及氣液傳質效率測試實驗完成模型驗證，進而利用模型系統地研究體系相對揮發度差異、介電性質差異和微波場強密度的變化對於微波場作用下汽液相平衡及氣液相傳質過程的影響規律及強化機理，從而構建出描述微波場作用下汽液相平衡及傳質過程的基本理論體系。本項目研究有助於深化微波場對分子作用機理的認識，豐富和擴展微波強化技術的套用領域，為微波強化精餾以及反應精餾技術的套用提供理論依據和指導。
結題摘要
本項目針對乙醇/苯這一典型的共沸物作為目標研究體系，使用GEMC方法和TraPPE-UA力場對該共沸物的相平衡進行了計算，經與實驗數據和Wilson狀態方程計算結果比較發現，該方法能很好地描述乙醇/苯共沸物的相平衡行為。進一步提出了“共沸團簇”的假設模型，通過兩相徑向分布函式分析對假設進行了初步驗證，相關結果可以為理解共沸物的形成及其特點提供理論支撐。此外，由共沸物液相的團簇分布分析可知，乙醇/苯共沸物的形成與體系中形成的大量環狀結構有關，由此提出了環狀結構是本體系表現共沸行為的必要條件這一推論。實驗方面進行了微波對二元體系相對揮發度影響的研究。測定了不同微波功率下，環己烷-異丙醇、環己烷-乙醇和乙醇-異丙醇三種不同體系處於非平衡穩態時，體系的相對揮發度。通過與常規加熱方法對比，結果發現微波作用下，環己烷-異丙醇體系中環己烷的相對揮發度有所降低；乙醇-異丙醇和環己烷-乙醇體系的相對揮發度沒有發生明顯變化。分析其主要原因在於體系中各物質的介電性質、蒸發焓、沸點序列以及分子間作用力的不同。微波僅對介電性質相差較大的極性-非極性二元體系的相對揮發度有影響，且當極性組分的沸點比非極性組分高時，微波可以大大加速極性分子的傳質過程，降低非極性物質的相對揮發度。體系中極性分子間作用力越弱，微波作用下體系的相對揮發度變化越明顯。
