瞬时纳米制备技术的连续化研究

发布时间：2020-07-17 19:31

【摘要】：纳米水分散体系如纳米水悬浮液和纳米水乳液广泛存在于自然界,与生命过程、自然环境、科学研究、日常生活、工业生产等息息相关。然而,将固态或液态疏水化合物大量、连续、可控、经济地制备成粒径均一的纳米水分散体系,长期以来是一项相当有挑战性的课题。瞬时纳米制备(flash nanoformation,FNF)技术作为一项能快速、大量、可控制备纳米水分散液的新技术,具有光明的应用和推广前景。但该技术还处于实验室发展阶段,尚未实现技术过程的连续化。本论文从FNF技术的制备方法和制备流程两方面开展研究工作,整合理论分析计算、计算流体动力学(CFD)数值模拟、实验测试这三种手段,致力于实现FNF技术的连续化。具体工作为:1)发展了confined impinging jet(CIJ)混合腔体内关于能量耗散的理论分析模型,探究形成纳米颗粒界面能的转化率与颗粒粒径、混合器腔体结构参数以及流体混合参数之间的解析关系,明晰了能量利用率与粒径的关键调控因素。2)基于无外源的伯努利方程,获得腔体内能量利用率的数值,从理论上证实了FNF技术对能量的高效利用率,以及混合腔体内近乎恒定的温度;3)搭建起加工制作CIJ混合器的平台;4)通过CFD模拟成功解释了在FNF实验中纳米颗粒粒径随入口总雷诺数(ReTI)的增加、在大于某雷诺数转折点ReTIC后粒径出现趋于收敛的最小值;5)对二入口的confined impinging jet with dilution(CIJ-D)混合器进行改进,增加同轴射流撞击入口的数量及引入循环入口,设计和制作了三入口的confined impingingjet with loop(CIJ-L)混合器、四入口的confined multiple impinging jet(CMIJ)混合器及五入口的confined multiple impinging jet with loop(CMIJ-L)混合器,以实现混合与稀释的同步以及均一;6)运用CFD数值模拟的方法,对混合器腔体的结构参数和流体混合参数进行辅助优化;7)设计和搭建了基于各种混合器的自动混合装置系统;8)使用自动混合装置非循环式制备辅酶Q100纳米悬浮液,验证混合器的设计和制作、制备流程的设计、自动装置的设计和搭建以及装置操作流程的有效性9)使用自动混合装置循环式FNF制备壳聚糖稳定的辅酶Q100纳米悬浮液以及吐温80稳定的红桔精油纳米乳液,并与自动非循环式FNF、手动FNF、滴加搅拌法进行比较,展现连续化FNF技术的优势。通过上述研究工作,本论文从制备方法和制备流程两方面同时实现了FNF技术过程的连续化,为FNF技术在多领域内的应用提供了瞬时混合的相关理论依据,设计提供了混合器、自动装置及操作流程,确立了关于各混合参数设定的指导原则。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1
【图文】：

化工设备,设备,过程强化,精密加工技术

图１＿１具有年产１０万吨磷酸二氢氨生产能力的微反应系统逡逑１．２．微反应（混合）器逡逑反应（混合）器是化工生产过程的基础化工设备，与整个过程的安全、效率和能耗密逡逑切相关，目前化工设备呈现大型化和小型化％的发展趋势。大型化工设备主要用于石化和逡逑煤化工等大化工领域，特点是用量大、投资大和安全性要求高，目前我国性能较好的大型逡逑设备仍相当依赖进口。与此同时，许多发达国家己投入大量资金研宄新型的、与过程强化逡逑相关的小型化工设备，以解决目前设备能耗大、产率低等问题。微反应（混合）器是实现逡逑化工过程强化的重要核心设备之一，具有集成度高、安全性好、过程易于控制等优点，受逡逑到了工业界与学术界的共同高度关注。逡逑１．２．１．概念逡逑微反应器（ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒ）是通过微加工和精密加工技术制造出的可用于进行化学反应的逡逑

微反应器,微技术,化工过程,模块化

大处理量从小于一升到几百升不等，工作温度－２００？５００。（：不等。微反应器材质在使用ＰＴＦＥ逡逑时耐压３邋ＭＰａ，使用不诱钢材质时根据不同混合器构造和部件，耐压最高达１００邋ＭＰａ。如逡逑图１－３所示，为ＩＭＭＩｍｐｉｎｇｉｎｇ－Ｊｅｔ微混合器及装置系统，该系统主要用于处理在反应中会逡逑快速产生沉淀的体系。混合器有两个直径同为０．３５邋ｍｍ邋（另有０．５０或１．０邋ｍｍ）的喷嘴孔，逡逑两束流体从喷嘴孔喷出后形成一定角度（４０、６０或９０°）的Ｙ形碰撞混合，碰撞空间无壁逡逑面，为非受限的自由撞击流混合，无腔体及滞留时间，输出流率０．５－３邋Ｌ／ｈｒ。［４９］其它参数逡逑如表１－２所示。逡逑２００６年，法国康宁公司推出一款集混合、反应、换热等功能于一体的高度集成的模块逡逑化装置。这款装置既可用于实验室内的小型实验，也可用于一年几十吨的小规模生产。同逡逑

反应器,公司

Corning公司各种Advaneed-Flow反应器装置系统}so}

【参考文献】