T型反应器内流动、混合及界面反应特征

利用平面激光诱导荧光(PLIF)技术和酚酞显色反应,对不同Reynolds数(20<Re<420)下T型反应器内的复杂流动结构及界面反应进行了可视化研究。随着入口Re的增加,反应器内依次出现分离流、稳态吞噬流、非稳态吞噬流及非稳态对称流等流动模式。重点考察了不同流动模式下T型反应器内的界面反应特征,结合流动模式对混合效果、产物浓度分布及时间演化进行了分析,揭示了反应器内复杂流场对混合及界面反应的影响机理。结果表明,吞噬流三维旋涡结构使流体相互卷吸缠绕,通过折叠拉伸形成层状的流体界面,极大增加了反应物的界面接触面积,混合及反应程度显著提升,产物浓度较高且分布均匀。

T型反应器内非稳态吞噬流机理

运用激光诱导荧光(PLIF)技术和大涡模拟方法对T型反应器内的流动特性进行了研究。发现随着Reynolds数(Re)的增大,T型反应器中依次出现分离流(Re<120)、稳定吞噬流(120≤Re<190)、非稳态吞噬流(190≤Re≤300)、非稳态对称流(Re>300)四种流动模式。通过大涡模拟重点考察了非稳态吞噬流的振荡特性。结果表明,在非稳态吞噬流型下,T型反应器内撞击面上会周期性地出现旋涡合并现象,合并的涡向下传递,产生自持振荡。此时撞击区的压力、速度和涡量也发生周期性变化,且变化周期与旋涡合并周期相同,这种振荡是由速度和压力的周期性转换引起的。

T型混合反应器内共沉淀法制备吡啶硫酮铜(英文)

在T型混合反应器内通过喷射共沉淀方法合成了吡啶硫酮铜（CPT）。利用扫描电镜和小角度光散射实验手段研究了分散液中吡啶硫酮铜的形貌和大小。通过喷射共沉淀方法获得的初级吡啶硫酮铜颗粒为棒状，在分散液中这些棒状颗粒易发生团聚．形成分形维数为2．1的团聚体。用平均回转半径（〈Rg〉）表征分散液中团聚体的平均大小，考察了反应温度和反应物化学计量比（吡啶硫酮钠／硫酸铜）对团聚体大小的影响，随着反应温度的降低，团聚体的回转半径逐渐减小；过量的吡啶硫酮钠也有利于降低团聚体的大小，当吡啶硫酮钠过量量达到-25％时，进一步增大吡啶硫酮钠的过量量，团聚体的回转半径不再发生明显变化。

原料浓度比对T型微反应器共沉淀制备多孔一氧化锰/碳的影响

以一水合硫酸锰、碳酸氢铵为原料,采用T型微反应器共沉淀法制备了球形碳酸锰,以该碳酸锰为前驱体,蔗糖为碳源煅烧后得到球形多孔一氧化锰/碳锂离子电池负极材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、氮气吸附-脱附曲线、恒电流充放电测试、交流阻抗(EIS)和循环伏安(CV)等方法研究了原料浓度比对一氧化锰/碳电极材料的结构、形态和电化学性能的影响。结果表明,首次放电比容量可以达到1 129.69 m A·h/g,第二圈的放电比容量为707.03 m A·h/g,接近于理论比容量,循环50圈以后,容量仍可以保持在576.93 m A·h/g,显示出较好的电化学性能。

微通道反应器制备白藜芦醇纳米分散体

对微通道反溶剂沉淀法制备白藜芦醇(RES)纳米药物分散体进行了研究。采用T型微通道反应器优化操作参数制备RES纳米分散体,当RES溶液与反溶剂水溶液进料流量比为1∶20(分别为3 m L/min和60 m L/min),RES溶液水平进料时,制得的RES纳米分散体尺寸最小,平均粒径为132 nm;此时RES纳米分散体接触角为19°,水润湿性较原料药得到大幅度提高;在拟肠液(p H 7.4)环境下,RES纳米分散体在120 min内累积释放率可达到95%。在上述优化工艺的基础上利用套管式微通道反应器进行放大实验,得到套管式微通道反应器制备的RES纳米分散体颗粒尺寸更小,平均粒径为82 nm;在拟肠液环境下,所得RES纳米分散体在120 min内累积释放率可达到97%,略高于T型微通道反应器所得产品的溶出量。计算结果表明,套管式微通道反应器可显著提高处理量,约为T型微通道反应器处理量的10倍。

模拟退火算法在T型微反应器优化设计中的应用

对T型微反应器进行优化设计,可以提高反应器内流体混合程度和反应产物收率,降低操作压力。本研究开发了一个描述T型微反应器流体流动状态的简化模型,通过假设边界条件和假设扩散系数的设定来计算微反应器内反应产物收率。依据此简化模型,本研究提出了一种改进型模拟退火算法,用来设计具有最优尺寸的T型微反应器。优化问题的目标函数是最大反应产物收率,优化约束包括反应通道尺寸约束和操作压力约束。本研究利用gPROMS平台建立T型微反应器简化模型,利用MATLAB平台实现改进型模拟退火算法。在优化求解过程中,通过2个平台计算的相互调用求出最优的T型微反应器。简化模型和改进型模拟退火算法的有效性通过一个平行串联反应在微反应器中的反应过程来验证。优化求解结果和CFD模型验证结果高度一致。

基于简化模型的T型微反应器设计

分析T型微反应器内流体混合程度和反应产物收率的常用方法:是建立计算流体动态模型,也就是CFD模型,可是这种模型不适用于微反应器的优化设计,因为利用CFD模型进行优化计算需要的大量的计算时间。本研究开发了一个描述T型微反应器流体流动状态的简化模型,通过假设边界条件和假设扩散系数的设定来计算微反应器内反应产物收率。其中假设边界条件用来描述强混合效果在反应通道入口处的流动状态,假设扩散系数用来描述混合效果在流动路径上的变化。本研究依据此简化模型,确立了一种优化设计方法:,用来设计具有最优尺寸的T型微反应器。优化问题的目标函数是最大反应产物收率,优化约束包括反应通道尺寸约束和操作压力约束。在求解过程中,首先建立尺寸约束边界条件下的CFD模型,然后依据CFD模型计算结果:,求解简化模型中的未知参数。将建好的简化模型作为优化问题的等式约束,最后求出最优的T型微反应器。简化模型和优化设计方法:的有效性通过一个快速平行串联反应在微反应器中的反应过程来验证。简化模型的优化设计结果:和CFD模型验证结果:高度一致。

圆形截面T型微反应器的优化设计

对圆形截面T型微反应器进行优化设计,可以增强反应器内流体混合程度,进而提高反应产物收率。和矩形截面微反应器相比,圆形截面的微反应器内部压力各向均衡,有利于克服操作压力提高对微反应器壁面承压的影响。本研究开发了一个描述圆形截面T型微反应器流体流动状态的简化模型,通过层叠式假设边界条件描述反应通道入口处的强混合流动状态,进而计算微反应器内反应产物收率。依据此简化模型,本研究应用改进型模拟退火算法,用来设计具有最优反应器半径和最优入口管径中心差的的T型微反应器。优化问题的目标函数是最大反应产物收率,优化约束包括反应通道半径约束和操作压力约束。本研究利用gPROMS和Matlab的混合编程,利用改进型模拟退火算法,实现优化算法和简化模型的求解。优化求解的有效性通过一个平行串联反应在微反应器中的反应过程来验证,求解结果和CFD模型验证结果比较一致。