微混合器的混合性能实验研究及其应用与设计

发布时间：2017-09-05 11:48

  本文关键词：微混合器的混合性能实验研究及其应用与设计

  更多相关文章： 分离再结合型微混合器 内交叉指型微混合器 微观混合性能 ZSM-5分子筛 平面被动型微混合器

【摘要】：微流体系统可以明显强化“三传一反”过程,近年来在化学工业、生物制药等领域有着广泛应用。其中微混合器是微流体系统中的核心组件,微混合器中微观混合性能的高低直接关系到后续化学反应中目标产物的选择性与产率。因此,微混合器的混合过程与混合性能受到国内外许多学者的关注与研究,成为化工研究的热点之一。本文利用碘化物-碘酸盐快速平行竞争反应对分离再结合型和内交叉指型微混合器的微观混合性能进行了实验研究。实验在适宜氢离子浓度下考察了雷诺数和待混合流股的体积流量比对微混合器离集指数的影响,并对实验结果进行了理论分析。实验结果表明,对所研究的两种微混合器,雷诺数的增大有利于微观混合性能的提高,分离再结合型微混合器和内交叉指型微混合器的离集指数由雷诺数为78时的0.2132和0.2284减小为雷诺数为3100时的0.0035和0.00605。离集指数随着体积流量比的增加而变大,表明微混合器的微观混合性能变差,当体积流量比为1时,两种微混合器的离集指数最小,微观混合性能最好。在雷诺数介于78～3100时分离再结合型微混合器的混合效果略好于内交叉指型微混合器。在微观混合性能研究基础上,采用混合性能较好的分离再结合型微混合器合成了ZSM-5分子筛,并利用XRD SEM和BET表征合成出的分子筛。研究表明分离再结合型微混合器可以在很短时间内实现合成液的均匀混合,其混合效果比传统釜式反应器的好。合成出的ZSM-5分子筛相对结晶度增大、比表面积增大。总进料流量为28mL/min时相对结晶度为100%,比表面积为235.6681 m2/g。在充分研究分离再结合型微混合器微观混合机理的基础上,提出了一种基于参数化曲线设计的新型被动式微混合器,为增加扰动且使流体在微流道中产生分离再结合的效果,所设计的微混合器采用了内置阻块的结构。并通过数值模拟研究了所设计混合器在Re介于0.1～80范围内的混合性能。阻块的排列方式和混合单元数对微混合器混合性能均有影响。计算表明不平衡分离型微混合器的混合性能比平衡分离型微混合器的混合性能更好。在所研究的雷诺数范围内,混合单元数为5的不平衡分离型微混合器(长度为3273μm)的混合指数都在0.9以上,特别的当Re=50时,混合指数超过0.95,表明该结构的微混合器在Re介于0.1～80间,都有很好的混合性能。
【关键词】：分离再结合型微混合器 内交叉指型微混合器 微观混合性能 ZSM-5分子筛 平面被动型微混合器
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.71
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 文献综述11-21
• 1.1 微混合器国内外研究现状11-14
• 1.2 微混合器的微观混合性能14-16
• 1.2.1 微观混合14
• 1.2.2 微观混合的研究方法14-16
• 1.3 微混合器的应用16-19
• 1.3.1 微混合器的优势16-18
• 1.3.2 应用领域18-19
• 1.4 本论文的研究思路与内容19-21
• 2 分离再结合型和内交叉指型微混合器微观混合性能的实验研究21-34
• 2.1 前言21
• 2.2 实验原理和方法21-25
• 2.2.1 实验仪器及试剂21-23
• 2.2.2 实验原理23-25
• 2.3 实验步骤25-28
• 2.3.1 标准曲线的绘制25-26
• 2.3.2 微观混合性能的测定26
• 2.3.3 适宜[H~+]浓度确定26-28
• 2.4 操作条件对微混合器微观混合性能的影响28-33
• 2.4.1 Re对微观混合性能的影响29-31
• 2.4.2 待混合物流进料体积流量比对微观混合性能的影响31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 微混合器在ZSM-5分子筛制备中的应用34-46
• 3.1 前言34-35
• 3.2 实验仪器与试剂35-36
• 3.2.1 实验仪器35
• 3.2.2 实验试剂35-36
• 3.2.3 表征仪器36
• 3.3 实验步骤36-37
• 3.3.1 合成液的配制36-37
• 3.3.2 合成液混合37
• 3.3.3 晶化与后处理37
• 3.4 ZSM-5分子筛表征37-38
• 3.4.1 X射线衍射仪37
• 3.4.2 场发射扫描电镜37-38
• 3.4.3 N_2物理吸附仪38
• 3.5 混合器类型对ZSM-5分子筛合成的影响38-40
• 3.6 总进料体积流量对ZSM-5分子筛合成的影响40-45
• 3.7 本章小结45-46
• 4 一种新型平面型被动微混合器的设计46-63
• 4.1 前言46
• 4.2 微混合器结构46-48
• 4.2.1 几何结构46-48
• 4.3 数值模型与仿真条件48-49
• 4.3.1 数值模型48-49
• 4.3.2 混合性能指标49
• 4.4 网格剖分与求解器设置49-51
• 4.4.1 网格剖分49-50
• 4.4.2 求解器设置50
• 4.4.3 网格无关性检验50-51
• 4.5 阻块排列方式对混合性能的影响51-59
• 4.5.1 低Re区52-54
• 4.5.2 中Re区54-59
• 4.5.3 高Re区59
• 4.6 混合单元数对混合指数的影响59-61
• 4.7 本章小结61-63
• 结论63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况68-69
• 致谢69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 臧力;于荣华;乔浩;刘存礼;;利用微反应器合成外消旋2-氨基丁醇的研究[J];现代化工;2015年09期

2 孙美玉;庞秀江;马秀明;侯万国;;T形微反应器共沉淀法制备Mg-Al层状双金属氢氧化物及其粒径可控性[J];高等学校化学学报;2013年07期

3 尹建军;邢伟静;李玉波;张佼;张忠东;高雄厚;;ZSM-5分子筛结晶度及晶粒大小的影响因素[J];分子催化;2012年02期

4 金文;张鸿雁;何文博;;微通道内流流场的数值模拟及Micro-PIV测量[J];应用基础与工程科学学报;2011年03期

5 张平;胡亮红;刘永顺;;主辅通道型微混合器的设计与制作[J];光学精密工程;2010年04期

6 赵华;刘洪杰;朱建伟;李慧颖;赵风云;胡永琪;;微反应器制备纳米硫酸钡研究[J];无机盐工业;2008年01期

7 乐军,陈光文,袁权;微混合技术的原理与应用[J];化工进展;2004年12期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 孔令杰;微反应器的构建及其在有机合成中的应用研究[D];复旦大学;2010年

，

本文编号：797816