微反应器内气液磺化反应收率和能耗建模及多目标优化

气液微磺化技术因其安全、高效、低成本,是一种极具发展潜力的新型磺化方法。但由于磺化反应体系高黏的特点,在小尺寸通道内流动时压降非常大,显著提高微反应器能耗,实现微反应器高效热质传递性能与气液磺化反应体系高压降之间的优化调控对气液微磺化技术的实际推广应用具有重要意义。通过实验测试研究了气液微磺化反应过程的压降特性及各影响因素的作用机制,并基于量纲分析法建立了4种不同结构微反应器的气液磺化收率与能耗预测模型。为了实现高产率和低能耗,采用改进的NSGA-Ⅱ算法优化影响磺化产物收率和反应过程能耗的关键工艺参数。其中C-ES(十字形混合区+含膨胀单元的直通道反应区)型微反应器内,在气速为6.422 m/s、液速为0.0147 m/s、反应时间为91.464 min条件下,收率达到89.771%,能耗仅1.609 kW/t,证明C-ES型微反应器有效传质效率高,在低能耗下能显著强化气液两相传质性能。以上研究可为以高收率、低能耗为目标的微反应器结构设计及操作条件优化提供理论依据。