基于宏观-微观设备的气液化学过程强化技术

《Industrial & Engineering Chemistry Research》：Macro-Microdevice-Based Process Intensification of Gas–Liquid Chemical Processes

研究开发宏微一体化设备（特征尺寸4000μm）集成螺旋内结构（HSI），通过CFD模拟与可视化实验研究气液过程强化效果，实现41.2%气泡直径缩减并保持压力降特性，确定最佳结构参数并建立基于Buckingham π定理的气泡控制模型。

　　

由于微尺度效应，微反应器在增强气液化学过程方面具有特殊优势。然而，如何在增强效果与气液化学过程的高通量之间取得平衡仍然是一个挑战。本研究开发了一种宏观-微观装置（特征尺寸为4000微米），该装置内部采用了螺旋形结构（HSI），以实现气液化学过程的过程强化和放大。通过结合计算流体动力学（CFD）模拟与流动可视化实验的方法，研究了HSI对气液过程强化效果的影响。与流动反应器产生的平均气泡直径相比，该宏观-微观装置使气泡直径减少了41.2%，同时保持了良好的压降特性。研究分析了螺距、内部结构直径、特征尺寸以及气体入口尺寸对气泡直径的影响，并确定了最佳的结构参数。基于巴克ingham π定理推导出的模型可以通过几何参数实现精确的气泡控制，为可扩展的宏观-微观装置强化提供了定量指导。这种宏观-微观装置将在气液化学过程中发挥关键作用。