亮點(diǎn)評(píng)述
CJChE丨中北大學(xué) 祁極冰、劉有智、劉艷東: 超重力法脫除高黏流體中揮發(fā)分的研究
文章信息
Devolatilization of high viscous fluid with high gravity technology
Jibing Qi (祁極冰), Youzhi Liu (劉有智), Yandong Liu (劉艷東)
Volume 71, July 2024, Pages 249-257
https://doi.org/10.1016/j.cjche.2024.03.033
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Chinese Journal of Chemical Engineering
研究背景
揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）大多是有毒有害物質(zhì)，通常有強(qiáng)烈的氣味，會(huì)造成健康和環(huán)境問題。在聚合物的制造過(guò)程中，分離和去除不必要的殘留揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）如溶劑、單體和其他副產(chǎn)物是很重要的。因此，從聚合物中去除VOCs已經(jīng)成為一個(gè)關(guān)鍵問題。聚合物的脫揮是聚合過(guò)程中不可缺少的一部分。有效脫除高黏流體中的VOCs是非常必要的。由于高粘度和復(fù)雜的相平衡，這些體系中揮發(fā)物的去除往往是困難的。利用過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)提高脫揮性能勢(shì)在必行。旋轉(zhuǎn)填料床（RPB）是通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的填料旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)超重力環(huán)境。
成果展示
本研究以丙酮為揮發(fā)性組分，PDMS為高黏流體，采用超重力技術(shù)脫除丙酮，實(shí)現(xiàn)高效脫揮，考察了超重力因子、真空度、液體流量、揮發(fā)分初始含量、黏度等因素對(duì)脫揮效果的影響。
隨著超重力因子β、真空度PV和揮發(fā)分初始含量ω0增大，脫揮率y和液相總體積傳質(zhì)系數(shù)KLa均增大；液體流量Q增大，y和KLa先增大后減小；黏度η增大，y和KLa減小。
該研究得到的適宜脫揮工藝條件為超重力因子β=60，液體流量Q=10 L·h–1，真空度PV=0.077 MPa。實(shí)驗(yàn)中丙酮脫除率可達(dá)67%，KLa的最大值為6.4×10–3 s–1。建立了KLa的無(wú)量綱關(guān)聯(lián)式，預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值的偏差小于±28%。
分子擴(kuò)散效應(yīng)有利于丙酮在兩相間的遷移，有利于傳質(zhì)過(guò)程的強(qiáng)化。超重力技術(shù)會(huì)使脫揮過(guò)程中的傳質(zhì)阻力降低，丙酮的傳質(zhì)過(guò)程得到強(qiáng)化，丙酮的去除效果得到提高。
圖文導(dǎo)讀
圖2是脫揮實(shí)驗(yàn)流程圖。
Fig. 2 Schematic of devolatilization experimental setup
圖4是PDMS-丙酮的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
Fig. 4 The standard curve of PDMS–acetone
考察了超重力因子、液體流量、真空度、黏度和揮發(fā)分初始含量對(duì)脫揮性能的影響。圖6是超重力因子的影響，圖7是液體流量的影響，圖8是真空度的影響，圖9是揮發(fā)分初始含量的影響，圖10是黏度的影響。
Fig. 6 Effects of β on the devolatilization rate and kLa
Fig. 7 Effects of Q on the devolatilization rate and kLa
Fig. 8 Effects of vacuum degree on the devolatilization rate and kLa
Fig. 9 Effects of initial mass fraction of volatiles on the devolatilization rate and kLa
Fig. 10 Effects of viscosity on the devolatilization rate and kLa
由圖6至圖10可知，隨著超重力因子β、真空度PV 和揮發(fā)分初始含量ω0增大，脫揮率y和液相總體積傳質(zhì)系數(shù)kLa均增大；液體流量Q增大，y和kLa先增大后減小；黏度η增大，y和kLa減小。
圖11是旋轉(zhuǎn)填料床脫揮機(jī)理示意圖。
Fig. 11 Schematic diagram of devolatilization mechanisms in RPB
建立了kLa的無(wú)量綱關(guān)聯(lián)式，圖12是kLa預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比圖，預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值之間的偏差小于±28%。
Fig. 12 Comparison of experimental and calculated date of kLa
作者及團(tuán)隊(duì)介紹
祁極冰，中北大學(xué)畢業(yè)生，現(xiàn)就職于太原學(xué)院。
劉有智，中北大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。
劉艷東，中北大學(xué)畢業(yè)生。
劉有智教授團(tuán)隊(duì)主要從事超重力化工過(guò)程強(qiáng)化方面的研究。
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