试论微化工过程中的传递现象

2022-09-12

20世纪对化工行业来说意义非凡, 化工技术这一时期经历了一场强壮期, “单元操作”“三传一反”两大发展阶段, 化工过程在慢慢地向多个领域伸出了橄榄枝。

1 多相流动与构架调控

(1) 微尺度多相流动液体的流动形式与外界力、自身重力、吸引力等各种力的互相作用有关, 在微化工设备大小固定的情况下, 外界力就代替了原本占主导地位的重力和吸引力, 这样就使在微尺度条件下多相流动过程里可以发展成有规律而且固定的气液或者液液界面, 进而展示出形态不一的流动状态, 如果我们依照界面构架对这种流动状态进行归类, 就可以将其分为封闭界面和非封闭界面这两种类别。

(2) 微尺度平行层流两种相互可以融合对方的液体, 在一定数值下, 总是会有很大可能向平行层流发展, 在流动的过程之中还往往是一者向另一者慢慢靠拢, 对于不能够互相融合的因为外界力的作用, 就会容易发生破裂, 所以若是想要发展为不会容易发生破裂相对平稳的状态, 就要严格限制操作条件与体系。我们知道, 平行流的固定性跟通道面的形态密切相关, 除此之外, 我们通过对通道墙壁的湿润度的增加来改进它本身的特性这一方式也对保持相对平稳的状态很有帮助, 例如, 我们通过将Chen等和Hu等的壁道两侧进行改变, 将他们的性质改变为适于水中和疏于水中, 进而使他们保持在平行的状态, 对于这种通过改变壁面来将本性改变的方法, 在相关文章中均有说明, 这样通过微尺度平行层流的方式使得人们成功的对玻璃等材质进行改变性质。

2 微尺度混合与多相传递

(1) 微尺度混合微化工过程是从人们对微混合与微换热器的探究开始的, 微尺度混合在微化工过程里是显而易见的重要特点, 因为它形态娇小不但可以缩短传递的距离, 对时间上来说也能起到一定的节省作用, 除此之外, 最大的优势在于不会出现温度分布不均匀的现象, 但是任何事物都是有两面性的, 它的劣势就在于大部分微尺度的流动数值都在2000以下, 且为层流, 没有涡流, 相对而言对混合的迅速完成是不利的。所以目前我们的研究方向应该是新的混合设备的研发和微尺度混合规律的研究。

(2) 微尺度气液传质对微尺度的气液之间的相互传质这一性能进行探究一直是化工过程中的重要阶段, 研究发现, 在微尺度的作用下传质有浓度高, 比表面积大的特性, 所以, 在原传统过程中的液互相传质在微尺度作用下可演变为气互相传质的阻力控制。根据这一特点, 微筛孔、膜等微小设备就变成了高效率的单级吸收设备, 这些设备可以完全适合粘性, 吸收的过程, 这在化学的吸收和物理的单级吸收里具有显著的优点。

(3) 微尺度液液传质同样, 液液体系在微化工过程中一样占着重要地位, 加强液液传质过程, 对于提高效率和能源资源的利用率都有很大的帮助, 而且还能更大程度上的达到可持续发展战略和节能减排的实现。我们在微通道中放置一颗小颗粒, 在流场作用下, 不但能够加快液液传质过程, 还能看到Marangoni效应类似这样的现象, 在化学反应过程中, 我们通过有惰性的物质来内取热是液液分散的另一个应用环节。

3 微化工系统的放大技术

并行放大技术。微化工系统中最明显的特征就是方便并行放大, 也被叫做数量放大, 并行放大主要分为两种 :一个是内部放大, 一个是外部放大。内部放大主要包括含多通道和多个尺度构架的单元芯片, 由单元芯片结合成的单元器件 ;外部放大主要包括单元器件, 再有这单元器件结合成为化工系统, 因为微化工系统里含有多尺度结构。所以并行放大就要对每个控制量的不平衡分布进行研究, 重点探究因为并行放大而对整体的行为产生的影响, 从而建立起微化工系统并行放大这一基础理论。

4 微化工技术的发展前景

关于微化工技术的各项探究我们一直是在科研机构和各大重点高校中进行的, 关注度还不是那么高, 所以我们对于其放大与集成的技术层面的研究机会就相对较少, 减慢了微化工系统的实用化。近10年来的不断探究与推广, 使得目前微化工技术已经走在时代的前沿, 我国针对这一行业进行具体的专研时间还不是很长, 如果从现在开始跟产业界开始结合, 能够更加有效的提高化工技术的进度, 在放大与集成方面更好的为积累经验做准备, 慢慢的开发成为一项专利。

5 结语

在今天, 作为一项化工产业而言, 微化工系统前方既有机遇, 也有挑战。微化工技术的研发与运用不但会改变现在的设备性质, 也会改变所需的能源的损耗度, 物资的损耗度, 而且会更加全方位的开拓它的实用层面, 这将是现代化工技术的一项重大改良, 而且也会对整个的化工领域有着深远影响。

摘要：自20世纪90年代初开始, 因高科技的迅速发展以及我国确立的可持续发展战略, 一门新的学科随即应运而生--微化工技术。微化工系统一直是化学学科工程中研究的最热点问题之一, 是令我们的化工过程更加的安全、绿色的有效方式。多年来, 我们一直致力于微尺度反应、微流动与微混合等微化工科技的探究, 研究结果表明, 跟传统方式相比较而言, 微化工过程的优势在逐步的显露出来, 部分微化工过程也已被运用在化工、能源与环境等多个研究区域之中来, 本文主要针对微化工过程中的传递现象这一方面充分展开了描述, 研究微化工过程的发展进程, 以及微化工技术发展动向与期望。

关键词：微化工过程,微通道,混合与传递,多相流动