Управление перемешиванием в проточном микрореакторе с варьируемым зазором
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2017-4-26-36Аннотация
Микрореакторы с непрерывным потоком реагентов находятся в центре революции, которая происходит в химической технологии. В отличие от традиционных реакторов загрузочного типа, проточные реакторы имеют небольшой объем и обеспечивают высокую скорость движения растворителя, что дает возможность осуществлять быстрое перемешивание реагентов и эффективное протекание реакции. В работе теоретически рассматривается возможность использования ячейки Хеле-Шоу с переменной величиной зазора в качестве основного элемента реактора проточного типа. В качестве реакции интереса рассматривается протекающая в водном растворе реакция нейтрализации азотной кислоты гидроксидом натрия, которая в поле тяжести приводит к возникновению конвективной неустойчивости благодаря эффекту концентрационно-зависимой диффузии. Получены уравнения движения смеси, которые, в целом, являются аналогичными уравнениям фильтрации жидкости в пористой среде с переменной проницаемостью. С помощью численного моделирования показано, что прототипированием формы реакторной зоны можно успешно разделять входящие и выходящие потоки реагентов, контролировать интенсивность процессов перемешивания в нужных частях реактора, увеличивать или уменьшать величину продукта выхода. Обсуждается возможность управления хемогидродинамическими потоками в реакторе в реальном времени посредством локального изменения ширины зазора.Библиографические ссылки
Reschetilowski W. (Ed.) Microreactors in preparative chemistry. Weinheim, Germany: Wiley-VCH, 2013. 352 p.
Hessel V. L., Holger-Schönfeld F. Micromixers – a review on passive and active mixing principles. Chemical Engineering Science, 2005, vol. 60, pp. 2479–2501. DOI: 10.1016/j.ces.2004.11.033
Jensen K. F. Microreaction engineering – is small better? Chemical Engineering Science, 2001, vol. 56, pp. 293–303. DOI: 10.1016/S0009-2509(00)00230-X
Nieves-Remacha M. J., Kulkarni A. A., Jensen K. F. Hydrodynamics of liquid-liquid dispersion in an advanced-flow reactor. Industrial and Engineering Chemistry Research, 2012, vol. 51, pp. 16251−16262. DOI: 10.1021/ie301821k
Mascia S., Heider P.L., Zhang H., Lakerveld R., Benyahia B., Barton P.I., Braatz R.D., Cooney C.L., Evans J.M.B., Jamison T.F., Jensen K.F., Myerson A.S., Trout B.L. End-to-end continuous manufacturing of pharmaceuticals: integrated synthesis, purification, and final dosage formation. Angewandte Chemie International Edition, 2013, vol. 52, pp. 12359−12363. DOI: 10.1002/anie.201305429
Baumann M., Baxendale I. R. The synthesis of active pharmaceutical ingredients (APIs) using continuous flow chemistry. Beilstein Journal of Organic Chemistry, 2015, vol. 11, pp. 1194−1219. DOI:10.3762/ bjoc.11.134
Pellegatti L., Sedelmeier J. Synthesis of vildagliptin utilizing continuous flow and batch technologies. Organic Process Research and Development, 2015, vol. 19, pp. 551−554. DOI: 10.1021/acs.oprd.5b00058
Zhao H., Casademunt J., Yeung C., Maher J. V. Perturbing Hele-Shaw flow with a small gap gradient. Physical Review A., 1992, vol. 45, pp. 2455–2460.
Zhang S.–Z., Louis E., Pla O., Guinea F. Linear stability analysis of the Hele-Shaw cell with lifting plates. European Physical Journal B, 1998, vol. 1, pp. 123–127. DOI: 10.1007/s100510050161
Dias E.O., Miranda J.A. Taper-induced control of viscous fingering in variable-gap Hele-Shaw flows. Physical Review E, 2013, vol. 87, 053015. DOI: 10.1103/PhysRevE.87.053015
Bratsun D., Kostarev K., Mizev A., Mosheva E. Concentration-dependent diffusion instability in reactive miscible fluids. Physical Review E, 2015, vol. 92, 011003.
DOI: 10.1103/PhysRevE.92.011003
Bratsun D. A., Stepkina O. S., Kostarev K. G., Mizev A. I., Mosheva E. A. Development of concentration-dependent diffusion instability in reactive miscible fluids under influence of constant or variable inertia. Microgravity Science and Technology, 2016, vol. 28, no. 6. pp. 575–585. DOI: 10.1007/s12217-016-9513-x
Aitova E. V., Bratsun D. A., Kostarev K. G., Mizev A. I., Mosheva E. A. Convective instability in a two-layer system of reacting fluids with concentration-dependent diffusion. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2016, vol. 57, no. 7. pp. 1226–1238.
DOI: 10.1134/S0021894416070026
Bratsun D. A. Internal density waves of shock type induced by chemoconvection in miscible reacting liquids. Technical Physics Letters, 2017, vol. 43, no. 10. pp. 944–947.
Danckwerts P. V. Gas-liquid reactions. New York: McGraw-Hill Book Co., 1970. 276 p.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).
Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.
Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.
Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.
Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.
Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.
Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru
Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.
