автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Гидродинамика и массоперенос при снарядном режиме течения газожидкостной смеси в миниканалах

ЛАВРЕЦОВ ИГОРЬ ВАЛЕНТИНОВИЧ

ГИДРОДИНАМИКА И МАССОПЕРЕНОС ПРИ СНАРЯДНОМ РЕЖИМЕ ТЕЧЕНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ В МИНИКАНАЛАХ

05 Л 7.08 - Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

2 8 М1Р 2011

4844461

На правах рукописи

ЛАВРЕЦОВ ИГОРЬ ВАЛЕНТИНОВИЧ

ГИДРОДИНАМИКА И МАССОПЕРЕНОС ПРИ СНАРЯДНОМ РЕЖИМЕ ТЕЧЕНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ В МИНИКАНАЛАХ

05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский

государственный технологический институт (технический университет)»

Научный руководитель -Доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты -Доктор технических наук, профессор

Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

Абиев Руфат Шовкетович

Марцулевич Николай Александрович

Чивилихин Сергей Анатольевич

Ведущая организация - Институт аналитического приборостроения Российской академии наук г. Санкт-Петербург.

Защита состоится «&у> 6нрг/1£ 2011 г. в Ь - ^'час., ауд._на заседании

совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.230.06 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке института

Отзывы на автореферат в одном экземпляре, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 190013, Санкт-Петербург, Московский пр. д.26, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Ученый совет; тел. 494-93-75, факс 712-77-91, Email: dissovet@lti-gti.ru.

Автореферат разослан «Д» 2011 г.

Ученый секретарь

фг

совета,канд. физ.-мат. наук, доцент Ю.Г.Чесноков

Актуальность. В последние два десятилетия во всем мире и особенно в Европе, США и Японии активно ведутся исследования с целью возможного применения микро- и миниреакторов как взамен традиционным аппаратам, так и для новых технологических процессов. Задача использования микро- и минитехники состоит не только в повышении качества выходного продукта и снижении энерго - и ресурсопотребления, но и в повышении мобильности производства, возможности его быстрой переналадки на выпуск другой продукции. Микро- и миниаппаратура позволяет снизить площадь, занимаемую производством, сделать его более безопасным и экологичным.

Например, при производстве взрывоопасных веществ объем продукта находящегося внутри мини- или микроаппарата значительно меньше, чем в обычных аппаратах, а значит и мощность возможного при аварийной ситуации взрыва будет выше во втором случае. Время опорожнения при возникновении риска взрыва в результате каких-либо причин намного выше в миниреакторе, чем в аппарате большого объема. Минимизация побочных продуктов за счет использования всего рабочего объема аппарата делает микроаппараты более экологичными. Конечно же у данного типа реакторов имеются и недостатки: в исходные продукты должны быть очищены от загрязнений, так как каналы маленького размеры легче подвержены засорению; хотя производительность этих аппаратов, как и следовало ожидать, ниже традиционных, в отдельных случаях она достигает 2-5 м3/ч.

Наиболее благоприятным для проведения газожидкостных каталитических реакций в микро- и миниреакторах считается снарядный режим течения, изображенный на рис. 1. В снарядном режиме течения газожидкостной смеси пузыри отделены друг от друга жидкостными снарядами (или слагами от англ. «slug»). Преимуществами этого режима являются хорошее перемешивание внутри жидкостного снаряда за счет так называемых тейлоровских вихрей, а также короткий диффузионный путь для молекул газа, проникающих через пленку жидкости между пузырьком и стенкой катализатора. Гидродинамические

з

параметры снарядного режима течения существенным образом влияют как на теплоперенос, так и на массоперенос, определяя выход реакций, конверсию и селективность.

Несмотря на столь пристальный интерес к этой области химической технологии, опубликованные в литературе результаты разрозненны, нередко даже противоречивы, а некоторые данные измерений отсутствуют. В связи с этим назрела необходимость в получении достоверной экспериментальной информации для проверки и обобщения полученных математических моделей, а также в построении физически обоснованных эмпирических критериальных зависимостей для массопереноса при снарядном режиме течения.

Рис. 1. Схема снарядного режима течения в капилляре. Щ - скорость пузыря относительно капилляра, м/с; иг - скорость жидкости в слаге, приведенная к

полному сечению капилляра, м/с; 1 - газовый пузырек; 2 - снаряд жидкости; 3 - пленка жидкости, отделяющая пузырек газа от стенки капилляра.

В отличие от гидродинамики, в области массопереноса при организации снарядного режима течения существует не так много работ. Результаты немногочисленных экспериментальных исследований зачастую неудовлетворительно согласуются с предложенными ранее расчетными формулами. Это делает актуальными работы, в которых предлагаются зависимости для инженерных расчетов, которые могли бы применяться в более широком диапазоне изменяемых параметров.

Цель работы. Проведение экспериментального исследования гидродинамики газожидкостного потока при снарядном режиме течения в миниканале (капилляре), а также массопереноса от стенки капилляра к жидкости и разработка надежной методики расчета микро- и миниаппаратов.

Основные задачи:

1. Экспериментальное исследование гидродинамических параметров газожидкостного течения - скорости пузырей, объемного газосодержания, относительной длины пузырей и перепада давления. Проверка адекватности математических моделей полученным опытным данным.

2. Построение математической модели, учитывающей расширение пузырька газа по мере его движения к концу капилляра.

3. Экспериментальное исследование влияния гидродинамических параметров на процесс массоотдачи от стенки миниканала к жидкости при снарядном режиме течения.

4. Экспериментальное определение эффекта исчезновения радиального переноса при переходе от режима тейлоровской циркуляции к байпасному обтеканию пузыря на интенсивность массоотдачи.

5. Получение критериального уравнения для расчета поверхностного коэффициента массоотдачи от стенки капилляра к жидкости.

6. Разработка методики расчета гидродинамических и массообменных параметров миниреактора для газожидкостных систем.

Научная новизна. Предложена математическая модель учета расширения газожидкостной смеси в капилляре. Получено новое критериальное уравнение для расчета поверхностного коэффициента массоотдачи от стенки к жидкости при снарядном режиме течения для широкого диапазона капиллярных чисел. Экспериментально определены границы интенсификации процесса массоотдачи за счет организации снарядного режима течения.

Практическая ценность. Предложена методика расчета промышленного микро - или миниаппарата для реакций в системах жидкость - твердое и газ -жидкость - твердое при снарядном режиме течения.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях: Международная конференция «Фундаментальные науки - специалисту Нового века» (Иваново, 2008); Всероссийский форум студентов, аспирантов и молодых ученых (Санкт-Петербург, 2008); Международная конференция «Нестационарные энерго- и ресурсосберегающие процессы и оборудование в химической, нано- и биотехнологии» (Москва, 2008); XII научно-практическая конференция «Химия - XXI век: новые технологии, новые продукты» (Кемерово, 2009); XIX международная конференция по химическим реакторам (Вена, 2010); XIII международная конференция «Наукоемкие химические технологии - 2010» (Иваново, 2010); 1 статья находится в печати в журнале ТОХТ.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в восьми научных трудах, в том числе 1 в издании, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников (92 позиции) и приложений. Общий объем диссертации составляет 135 стр.

Содержание работы Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется задачи и цель исследования. Глава 1. Аналитический обзор

Данная глава поделена на два раздела. Первый раздел посвящен гидродинамике снарядного режима течения, а второй - массоотдаче от стенки канала к газожидкостному потоку при данном режиме течения.

В первом разделе описано состояние исследований гидродинамических параметров тейлоровского течения, а именно - скорости пузырей, жидкости в слагах и в пленки, объемного газосодержания и относительной длины газовых

пузырей, потерь давления. Рассмотрены проблемы формирования пузырей и изменения их размеров в процессе движения в капилляре, а также распределения фаз по каналам и устойчивость течения газожидкостной смеси в них. Проведен обзор работ, посвященных построению карт режимов, на которых отмечены границы возникновения данного режима течения. Снарядный режим течения делится на циркуляционный и байпасный. В данном разделе говорится о критерии перехода от одного режима к другому.

Приведены основные теоретические результаты, полученные в ряде работ, в которых предпринята попытка обобщить многочисленные результаты экспериментальных исследований и численного моделирования снарядного режима течения газожидкостной смеси в миниканалах (капиллярах), в том числе результаты экспериментов полученных в данной работе.

Во втором разделе рассмотрено состояние исследований массоотдачи от жидкости к поверхности твердой стенки при снарядном режиме течения в капилляре, а также влияние ряда гидродинамических параметров на ее интенсивность. Рассмотрены работы по изучению явления массопереноса при снарядном режиме течения, которые можно условно поделить на три группы по способу исследования: теоретический, эмпирический и численный эксперимент, т.е. компьютерное моделирование.

Глава 2. Экспериментальная часть

В первом разделе приведены методы измерения внутреннего диаметра капилляра: с помощью микроскопа и по потерям давления по длине канала.

Во втором разделе приведено описание экспериментальной установки для исследования гидродинамики снарядного режима течения (рис. 2).

Экспериментальная установка состоит из блока фильтров трехступенчатой очистки 1 (Camozzi MC104-F00, MC104-F10 и MC104-FB0); редукционного клапана 2 (Camozzi MC104-R10); игольчатого вентиля 3 (Rosma); датчика расхода газа 4 (Honeywell AWM43300V); датчиков давления 5 и 7 (Элемер АИР-20М5); смесителя 6; стеклянного капилляра 8 длиной 355 мм и с внутренним диаметром

0.92 мм; газоотделителя 10. Подача жидкости осуществлялась перистальтическим насосом 11 Heidolph PD5206 с насадкой SP quick, имеющей пять роликов. Фотосъемка осуществлялась камерой Nikon D60 с объективом Nikon DX AF-S Nikkor 18-55 мм Macro (выдержка 1/125 с, размер кадра 3872x2592 пикселей). С помощью полученных снимков оценивался режим течения внутри капилляра, а также длины пузырей и жидкостных снарядов (длина одного пузыря - не менее 24 пикселей), по которым находили относительную длину пузырей zL.

воздух

1 - блок фильтров; 2 - редукционный клапан; 3 - игольчатый вентиль; 4 - датчик расхода газа; 5 - датчик давления; 6 - смеситель; 7 - датчик давления;

8 - капилляр; 9 - блок ИК-датчиков; 10 - газоотделитель;

11 - насос.

Для определения скорости пузырей служит блок, включающий два инфракрасных датчика 9, установленных на расстоянии 230 мм от входа в капилляр. Каждый ИК-датчик состоит из излучателя и фотоприёмника. Они расположены в непрозрачном корпусе из твердой резины. Для уменьшения

количества радиально рассеянного ИК-излучения между излучателем и фотоприёмником было выполнено сквозное отверстие диаметром 1.5 мм и длиной 8 мм, играющее роль тубуса. В качестве излучателей использованы светодиоды Ь-348Р7ВТ, а фотоприёмников - фотодиоды В^ 345 компании Сигнал от фотоприёмников подавался на вход аналого-цифрового преобразователя Ь-Сагё Е14-140, и далее поступал на компьютер (на рис. 2 эти устройства не показаны), где обрабатывался при помощи программного пакета Ро\уегСгарЬ 3.3.7.

Опыты показали, что при прохождении ИК-излучения через газ, оно рассеивается больше, чем при прохождении через жидкость, в которой оно собирается в пучок и формирует сигнал большего напряжения. Горизонтальные участки на рис.3 соответствуют газовым пузырям, а параболические участки -жидкостным снарядам. По оси абсцисс отложено время в секундах, а по оси ординат - напряжение в вольтах, частота регистрации каждого сигнала составляло 10 кГц.

и

Пузырек газа Снаряд жидкости

Второй датчик

Первый датчик

Рис. 3. Выходной сигнал с ИК-датчиков.

Величину временного сдвига сигналов с ИК-датчиков Д/ определяли с помощью корреляционной функции, а скорость пузыря в опытах находили по известной формуле:

(1)

где АI - расстояние между датчиками.

Конструкция установки, а также пределы измерений приборов позволили провести опыты в следующем интервале скоростей, при которых наблюдался равномерный снарядный режим течения газожидкостной смеси: жидкости 0.170.73 м/с, воздуха 0.09-0.56 м/с.

В третьем разделе приведены описание экспериментальной установки для исследования массоотдачи от стенки канала к жидкости при снарядном режиме течения и методика расчета опытного значения поверхностного коэффициента массоотдачи. Конструкция установки, а также пределы измерений приборов позволили провести опыты в следующем интервале скоростей, при которых наблюдался снарядный режим течения газожидкостной смеси: жидкости 0.030.41 м/с, воздуха 0.08-4.41 м/с.

9

10

Т

и

12

ф/а

%

14

Рис. 4. Схема экспериментальной установки.

1 - блок фильтров; 2 - редукционный клапан; 3 - игольчатый вентиль; 4 -датчик расхода газа; 5 - датчик давления; 6 - смеситель; 7 - датчик давления; 8 -перистальтический насос; 9 - емкость с раствором щелочи;

10 и 12 - стеклянные капилляры; 11 - трехходовой кран;

13 и 14 - вспомогательные емкости.

Узел подачи воздуха и жидкости в данном случае аналогичен тому, что использовался при проведении опытов по исследованию гидродинамики. Емкость

9 служит для заполнения рабочей жидкостью. Смеситель 6 соединен с капилляром 10, который имел внутренний диаметр 1.86, 2.53 мм и длину 598, 620 мм соответственно при проведении опытов в системе 0.05 н раствор щелочи -воздух. Для системы глицерин - воздух диаметр капилляра составляет 1.70 мм, а длина 625 мм (здесь и в предыдущем предложении указана длина капилляра 10 вместе с длиной переходника от него к трехходовому крану 11 и самого крана 11). Из данного капилляра газожидкостная смесь поступает в капилляр 12, на внутреннюю стенку которого нанесена бензойная кислота, с внутренним диаметром после нанесения кислоты, равным внутреннему диаметру капилляра

10 (рис. 4).

Для нанесения бензойной кислоты на внутренние стенки капилляра она была предварительно расплавлена в тигле на электрической плитке. При помощи резиновой груши, в которой создавалось разрежение, бензойная кислота в жидком виде всасывалась в капилляр. На внутренней стенке капилляра бензойная кислота мгновенно кристаллизовалась, образуя равномерный слой, который контролировался с помощью микроскопа либо, фотосъемки. В результате контроля толщины слоя бензойной кислоты до и после проведения опыта, наблюдалось ее незначительное уменьшение.

При проведении опытов с раствором 0.05 н раствором щелочи полученные пробы с помощью бюретки титровались 0.05 н раствором соляной кислоты для определения в них количества щелочи, которое не прореагировала с бензойной кислотой при прохождении через капилляр. Зная количество щелочи на входе в

капилляр и на выходе из него, можно количественно оценить массу бензойной кислоты, которая вступила в реакцию. В качестве индикатора был использован фенолфталеин, предварительно добавленный в раствор щёлочи в количестве 5 мл.

При проведении опытов с раствором глицерина в пробе определялся УФ спектр бензойной кислоты с помощью спектрофотометра БЫтасЬи ЦУ-2401 РС. Сравнивая интенсивность УФ спектра раствора глицерина без бензойной кислоты и с ней можно количественно определить ее концентрацию в растворе.

Для увеличения диапазона капиллярных чисел были проведены опыты в системе 0.05 н раствор щелочи (гидроксид натрия) - воздух и раствор глицерина -воздух. Конструкция установки не изменялась за исключением вида смесителя и диаметра капилляров. В обоих случаях при одних и тех же условиях (скорость потока и физико-химические свойства сред) проводились опыты в системе жидкость - газ - твердое тело (при снарядном режиме течения) и жидкость -твердое тело для сравнительного анализа значений поверхностного коэффициента массоотдачи от твердой стенки к жидкости.

Глава 3. Результаты и их обсуждение

В первом разделе главы по результатам обработки данных и фотоснимков, полученных во время проведения экспериментов, построена карта режимов течения (рис. 5). На рис. 6 приведены фотографии наблюдаемых режимов течения. Регулярный снарядный режим течения занимает меньшую область построенной карты, чем нерегулярный снарядный режим течения. Причиной этому может служить конструкция смесителя и тип регулировочного устройства. Полученные результаты хорошо согласуются с картами режимов течения, представленными в работах других авторов.

Проведено сравнение экспериментальных данных и рассчитанных по математической модели, представленной в первой главе. В случае скорости пузыря и потерь давления наблюдалось более значительное отклонение расчетных величин от опытных значений для системы глицерин - воздух. Это можно объяснить более существенным влиянием на вязкость жидкости

температуры окружающей среды, а также, возможно, погрешностями измерения свойств раствора глицерина. Однако сравнение опытных и расчетных величин для объемного газосодержания и относительной длины газовых пузырей показало хорошую сходимость как для системы вода - воздух так и для системы глицерин - воздух.

2 -

♦ ♦ ♦ О ОООО СИЗСШ} о

0 0 О ООО о егоз«

ООО о о о о о с

♦ ♦ о о о о ооооссоо* • <

4 ^

о о ♦ ♦

♦ Пузырьковый режим

4 Регулярный снарядный режим

о Нерегулярный снарядный режим

■ Кольцевой режим

♦ Клочкообразный режим

♦ и в ш « ш ■■

2 3

Ус. м/с

Рис. 5. Карта режимов течения в горизонтальном капилляре с внутренним диаметром 0.92 мм в системе вода - воздух.

(а)

(б)

(в)

(г) (0)

з а.

-............ -

гг,___а 1. 1 1

Рис. 6. Фотографии режимов течения в горизонтальном капилляре с внутренним диаметром 0.92 мм в системе вода - воздух.

а - пузырьковый; б - регулярный снарядный; в - нерегулярный снарядный; г - клочкообразный; д - кольцевой.

Несмотря на большое количество работ, посвященных описанию потерь давления при снарядном режиме течения в капиллярах, ни в одной из них не говорилось об учете расширения пузырька газа по мере его продвижения к концу капилляра, что непосредственно влияет на тепло- и массоперенос. Данный эффект незначителен в коротких капиллярах, однако в аппаратах с большой длиной каналов, например, в биореакторах, необходимо учитывать этот эффект. Для его учета предложена система уравнений:

4&0(ДР1+Рт)

арь

128//, б,

/ / \ г \

1-- т

V \ /

кс1'

1 + 0.017 — I.

Л

.2 У\

(2)

(3)

и_а_ иао

1.5 -

1.0

0.5 --

0.1

0.2

0.3 2

Рис. 7. Зависимость отношения приведенной скорости газа в произвольном сечении капилляра 11с, к приведенной скорости на входе в капилляр С/со от координаты 2 по длине капилляра.

Она позволяет оценить изменение приведенной скорости газа, Ь'с в любом сечении горизонтального капилляра, г при Са < 0.01. Аналогично формуле (2) записывается выражение, учитывающее увеличение длины газового пузыря:

где Ььо - длина пузырька газа у входа в капилляр, м.

Возьмем для примера опытную точку, полученную при исследовании гидродинамики в системе глицерин - воздух. Длина капилляра составляет 0.355 м, измеренные потери давления по длине капилляра - Ар£ = 55.3 кПа. Давление на выходе примем атмосферное. Найдем отношение приведенной скорости газа в произвольном сечении капилляра к скорости газа на входе в капилляр (рис. 7).

4»(ДР1+р„)

(4)

Рис. 7 показывает, что приведенная скорость газа по длине канала увеличивается, и на выходе из него составляет 1.55 от 11с,о- Таким образом, как скорость, так и длина пузырька в данном случае к выходу из канала увеличились на 50 %, что говорит о необходимости учета объемного расширения пузырьков газа в случае большого перепада давления по длине капилляра.

Во втором разделе для экспериментального определения снижения эффективности массоотдачи при переходе от режима циркуляций к байпасному обтеканию пузыря были проведены опыты в системе раствор глицерина - воздух при капиллярных числах Са = 0.03-1.00.

При достижении значения критерия Са критического значения, толщина пленки, отделяющая пузырек газа от стенки увеличивается настолько, что жидкость начинает его обтекать, т.е. по сути, наблюдается слоистое течение жидкости (рис. 8). Критическое значение критерия Са, предсказанное Тейлором для горизонтальных капилляров, составляет 0.707.

Рис. 8. Схемы возможных режимов течения.

а - циркуляционный режим течения; б - байпасный режим течения; 1 - линии тока жидкости при циркуляционном режиме течения; 2 - линии тока жидкости при байпасном режиме течения.

Рис. 9. Зависимость коэффициент эффективности массоотдачи от жидкости к стенке канала, Е от капиллярного числа Са.

Для выяснения, будет ли наблюдаться скачок величины Е при переходе через критическое значение Са, были получены три опытные точки, имеющие значение Са > 0.73. Как видно из рис. 9 при Са < 0.2 значение Е доходит до 3.5, при Са = 0.5, оно снижается до1.3, а при переходе через критическое значение Е ~ 1. Высокие значения величины Е при маленьких капиллярных числах можно объяснить наличием циркуляции внутри снаряда жидкости, которые способствуют обновлению межфазной поверхности. Переход от снарядного режима течения к байпасному снижает величину Е до 1. Величина Е в данном случае - это коэффициент эффективности массоотдачи от жидкости к стенке канала:

где Sh?— критерий Шервуда, при снарядном режиме течения;

Shi— критерий Шервуда, при однофазном жидкостном режиме течения.

Массоотдачу от стенки капилляра к жидкости можно условно поделить на две составляющие - массоотдачу к снаряду жидкости и к пленке жидкости, окружающей пузырек газа:

5Л = 5А.+5А

(6)

В результате обработки опытных данных получено критериальное уравнение, учитывающее массоотдачу от пленки жидкости и снаряда жидкости к стенке канала:

5Л = 3.8 Ре"

(«О

[Ч

(7)

БЬса]

10 --

50

+30%

<у

О ,-6 '' о

-30%

О

О /о

О

'О о

■я У у

/ у'

/ О---'

- у

О а °б

' а.*'

//

/ /

50

10

Рис. 10. Корреляция расчетных 5Ьса| и экспериментальных 8Ьехр значений критерия Шервуда для систем: а - раствор 0.05 н щелочи - воздух; б - раствор глицерина - воздух.

Глава 4. Методика расчета микро- и миниреактора для газожидкостных систем

В данной главе на примере расчета реального лабораторного аппарата приводится методика расчета реактора для систем газ - жидкость - твердое и жидкость - твердое при снарядном режиме течения

Выводы:

1. Проведено экспериментальное исследование гидродинамических параметров газожидкостного течения - скорости пузырей, объемного газосодержания, относительной длины пузырей и перепада давления в диапазоне капиллярных чисел Са от 0.005 до 0.12. Результаты опытов показали хорошую сходимость со значениями, рассчитанными по математической модели, представленной в работах Абиева Р.Ш.

2. Предложена математическая модель, позволяющая рассчитать скорость газа и длину пузырька по длине капилляра с учетом его объемного расширения по мере движения к выходу из канала.

3. Экспериментальное исследование влияния пузырьков на процесс массоотдачи от стенки миниканала к жидкости, проведенное в диапазоне капиллярных чисел Са от 0.001 до 1.003, показало, что при снарядном режиме течения за счет возникновения тейлоровских циркуляций внутри снаряда жидкости ее интенсивность выше в 1.5-3.0 раза, чем при течении однофазного жидкостного потока.

4. Экспериментальным путем обнаружено снижение интенсивности массоотдачи при переходе от режима тейлоровской циркуляции к байпасному обтеканию пузыря, связанное с исчезновением радиального переноса.

5. В результате обработки опытных данных по исследованию массопереноса получено критериальное уравнение для расчета поверхностного коэффициента массоотдачи от стенки капилляра к жидкости. В отличие от существующих зависимостей, данное уравнение учитывает как массоотдачу от стенки канала к снаряду жидкости, так и к пленке, окружающей пузырек газа.

6. Предложена методика расчета гидродинамических и массообменных параметров микро- и миниреакторов для газожидкостных систем.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Лаврецов И.В., Haase S. Исследование массоотдачи при газожидкостной каталитической реакции в реакторе с монолитным катализатором // Тезисы доклада международ, конф. «Фундаментальные науки - специалисту Нового века». - Иваново: ИГХТУ, 2008. - С. 157.

2. Лаврецов И.В. Исследование гидродинамики и массопереноса в структурированном многоканальном катализаторе // Тезисы доклада Всероссийского форума студентов, аспирантов и молодых ученых. - Санкт-Петербург: изд-во Политехнического ун-та, 2008. - С. 11.

3. Абиев Р.Ш., Лаврецов И.В., Bauer Т., Haase S., Lange R. Исследования гидродинамики и массопереноса при проведении газожидкостных реакций в монолитных катализаторах // Тезисы доклада международ. конф. «Нестационарные энерго- и ресурсосберегающие процессы и оборудование в химической, нано- и биотехнологии». - Москва, 2008. - С. 65-67.

4. Лаврецов И.В., Абиев Р.Ш. Карта режимов течения газожидкостного потока в одиночном канале микрореактора // Тезисы доклада XII научно - практической конф. «Химия - XXI век: новые технологии, новые продукты». - Кемерово, 2009. -С. 59-61.

5. Лаврецов И.В., Алдошин A.C., Абиев Р.Ш. Режимы течения газожидкостной смеси в каналах монолитного катализатора // Сборник научных трудов «Катализ: вчера, сегодня, завтра». - СПб: СПБГТИ (ТУ), 2009. - С.133-136.

6. Abiev R.Sh., Lavretsov I.V. Hydrodynamics of Taylor flow of Gas-Liquid Systems in Micro Channels: Theory and Experiment // XIX International Conference on Chemical Reactors (CHEMREACTOR-19). - Vienna, 2010. - P. 218-219.

7. Абиев Р.Ш., Лаврецов И.В. Гидродинамика тейлоровского течения газожидкостной смеси в микроканалах: Теория и эксперимент // Тезисы доклада

XIII международ, конф. «Наукоемкие химические технологии-2010». - Иваново: ИГХТУ, 2010. - С. 45.

8. Лаврецов И.В., Абиев Р.Ш., Крашанина О.С. Исследования массоотдачи от стенки микроканала к движущейся жидкости и газожидкостной смеси // Известия СПБГТИ (ТУ). - 2010. - № 8. - С. 64-68.

Автор благодарит руководителя УНЦ «Передовые методы диагностики в химии» проф. д.х.н. Трифонова P.E. и сотрудницу кафедры ХТОСА к.х.н. Попову Е.А. за помощь в анализе проб.

Отпечатано с оригинал макета. Формат 60x90 Печ.л. 1,25. Тираж 65 экз., зак. №53 от 23.03.2011

Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»

Типография издательства СПбГТИ(ТУ), тел.49-49-365, 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26

Основные условные обозначения.

Введение.

1. Аналитический обзор.

1.1 Гидродинамика снарядного режима течения в капиллярах.

1.1.1 Скорость пузырей, жидкости в слагах и в пленке.

1.1.2 Циркуляционный и байпасный режимы течения.

1.1.3 Объемное газосодержание и относительная длина пузырей.

1.1.4 Потери давления.

1.1.5 О проблемах формирования пузырей и изменения их размеров в процессе движения по каналам.

1.1.6 Критерий перехода. Карты режимов течения газожидкостной смеси в капиллярах.

1.1.7 Распределение фаз по каналам и устойчивость течения газожидкостной смеси в микроканалах.

1.2Массоперенос при снарядном режиме течении в капиллярах.

1.2.1 Общие положения.

1.2.2 Массоперенос в системе жидкость — твердое тело.

2. Экспериментальная часть.

2.1 Измерение внутреннего диаметра капилляра.

2.2 Исследование гидродинамики снарядного режима течения.

2.2.1 Описание экспериментальной установки.

2.2.2 Расчет скорости газового пузырька.

2.2.3 Расчет объемного газосодержания и относительной длины газового пузыря.

2.3 Исследование массоотдачи от стенки капилляра к жидкости.

2.3.1 Описание экспериментальной установки.

2.3.2 Расчет поверхностного коэффициента массоотдачи от стенки к жидкости при проведении опытов в системе 0.05н раствор щелочи - воздух.

2.3.3 Расчет поверхностного коэффициента массоотдачи от стенки к жидкости при проведении опытов в системе раствор глицерина - воздух.

2.3.4 Расчет коэффициента диффузии.

3. Результаты и их обсуждение.

3.1 Гидродинамика.

3.1.1 Построение карты режимов течения.

3.1.2 Анализ экспериментальных данных.

3.1.3 Математическая модель учета расширения газожидкостной смеси в капилляре.

3.2 Массоотдача от стенки капилляра к жидкости.

3.2.1 Массоотдача от стенки капилляра к жидкости при проведении опытов в системе 0.05н раствор щелочи - воздух.

3.2.2 Массоотдача от стенки капилляра к жидкости при проведении опытов в системе раствор глицерина - воздух.

3.2.3 Обобщение опытных данных при исследовании массоотдачи от стенки канала к жидкости.

4. Методика расчета микро- и миниреактора для газожидкостных систем.

Выводы.

В последние два десятилетия во всем мире и особенно в Европе, США и Японии активно ведутся исследования с целью возможного применения микро- и миниреакторов как взамен традиционным аппаратам, так и для новых технологических процессов. Задача использования микро- и минитехники состоит не только в повышении качества выходного продукта и снижении энерго - и ресурсопотребления, но и в повышении мобильности производства, возможности его быстрой переналадки на выпуск другой продукции. Микро- и миниаппаратура позволяет снизить площадь, занимаемую производством, сделать его более безопасным и экологичным.

Например, при производстве взрывоопасных веществ объем продукта находящегося внутри мини- или микроаппарата значительно меньше, чем в обычных аппаратах, а значит и мощность возможного при аварийной ситуации взрыва будет выше во втором случае. Время опорожнения при возникновении риска взрыва в результате каких-либо причин намного выше в миниреакторе, чем в аппарате большого объема. Минимизация побочных продуктов за счет использования всего рабочего объема аппарата делает микроаппараты более экологичными. Конечно же у данного типа реакторов, имеются и недостатки: исходные продукты должны быть очищены от загрязнений, так как каналы маленького размеры легче подвержены засорению; хотя производительность этих аппаратов как и следовало л ожидать ниже традиционных, в отдельных случаях она достигает 2-5 м /ч.

Среди других существенных преимуществ микрореакторов следует отметить:

1) узкий диапазон распределения времени пребывания;

2) интенсивное перемешивание, как в сплошной, так и в дисперсной фазе (например, за счет тейлоровской циркуляции);

3) легкое разделение фаз (ввиду довольно крупных размеров снарядов жидкости и газа);

4) возможность дозированного подвода энергии и распределенного изменения рабочей температуры.

Уже разработаны и выпускаются мелкими сериями высокоэффективные микронасосы, микросмесители, микротеплообменники, микрореакторы, микроэкстракторы, и микроклапаны [1]. Например, на территории Германии в городе Майнце расположен Институт Микротехники (Institut fuer Microtechnik), который предлагает готовые установки для химического, фармацевтического и других производств, полностью состоящие из микроаппаратуры [2]. Типичным для них является поперечный размер каналов в диапазоне от 10 мкм до 1-3 мм. В некоторых работах предлагается различать микро- и минимасштаб. Границей между ними принято считать размер около 100 мкм. Верхней границей минимасштаба по данным разных авторов является размер от 1 до 4-5 мм. Вместе с тем, четкого физически обоснованного критерия границ масштабов пока нет (см. п. 1.1.6).

Микрореакторы могут быть конкурентоспособными при проведении быстропротекающих реакций, когда скорость процесса лимитируется массопереносом, а также теплопереносом, когда необходимо быстро отводить тепло от реагентов (на начальном участке проточного реактора). Это обусловлено необычайно высокими значениями коэффициентов тепло- и массопереноса в микрореакторах, которые могут быть на 2 порядка выше, чем в реакторах традиционных типов [1]. Еще одним существенным преимуществом микрореакторов является очень узкое распределение времени пребывания в аппарате, что позволяет существенно снизить образование побочных продуктов в последовательных реакциях [3,4]. В конечном счете, все эти особенности ведут к повышению селективности и выхода реакций [5]. Микрореакторы используются для проведения реакций в смесях газов, в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость [3, 4], а с недавних пор - для синтеза ионных жидкостей [6]. Одно из новых направлений развития микрореакторов - сочетание преимуществ течений в микроканалах с наложением дополнительных силовых полей, в частности, микроволн [7, 8]. Известны примеры применения микрореакторов в тонком органическом синтезе, межфазном катализе, при получении перекиси водорода и др. [9-11].

С точки зрения конструкции микрореакторы можно разделить на два типа - одно- и многоканальные. Одной из разновидностей многоканальных микрореакторов являются так называемые монолитные катализаторы (катализаторы сотовой структуры) [9, 10], представляющих собой блок параллельно соединенных каналов с гидравлическим диаметром от 0.3 до 13 мм, внутренняя поверхность которых покрыта активным катализатором (см. рис.1).

Рис. 1. Монолитные катализаторы [9].

Существуют примеры использования многоканальных микрореакторов для проведения биологических процессов, мокрого окисления и даже утилизации ракетного топлива. Например, в работе [12] рассматривается возможность использования многоканального катализатора для переработки продуктов жизнедеятельности человека в условиях космоса в рамках комплекса «контролируемой экологической системы жизнеобеспечения» (СЕЬЗЭ). Но до сих пор основным видом применения подобных реакторов является проведение газожидкостных каталитических реакций.

Наиболее благоприятным для проведения газожидкостных каталитических реакций считается снарядный режим течения [4,9], изображенный на рис. 2. В снарядном режиме течения газожидкостной смеси пузыри отделены друг от друга жидкостными снарядами (или слагами от англ. «slug»). Преимуществами этого режима являются хорошее перемешивание внутри жидкостного снаряда за счет так называемых тейлоровских вихрей, а также короткий диффузионный путь для молекул газа, проникающих через пленку жидкости между пузырьком и стенкой катализатора [4, 9, 10].

Гидродинамические параметры снарядного режима течения существенным образом влияют как на теплоперенос, так и на массоперенос, определяя выход реакций и конверсию [4, 13, 14].

Несмотря на столь пристальный интерес к этой области химической технологии, опубликованные в литературе результаты разрозненны, нередко даже противоречивы, а некоторые данные измерений отсутствуют. В связи с этим назрела необходимость в получении достоверной экспериментальной информации для проверки и обобщения полученных математических моделей, а также в построении физически обоснованных критериальных зависимостей для массопереноса при снарядном режиме течения.

Рис. 2. Схема снарядного режима течения в капилляре. Щ - скорость пузыря относительно капилляра, м/с; из - скорость жидкости в слаге, приведенная к полному сечению капилляра, м/с; 1 - газовый пузырек; 2 - снаряд жидкости; 3 — пленка жидкости, отделяющая пузырек газа от стенки капилляра.

В отличие от гидродинамики, в области массопереноса при организации снарядного режима течения существует не так много работ.

Результаты немногочисленных экспериментальных исследований зачастую неудовлетворительно согласуются с предложенными ранее расчетными формулами. Это делает актуальными работы, в которых предлагаются зависимости для инженерных расчетов, которые могли бы применяться в более широком диапазоне изменяемых параметров.

В данной работе предпринята попытка экспериментального исследования гидродинамики снарядного режима течения с целью всесторонней проверки предложенных математических моделей. В отличие от предыдущих работ, предложена методика учета объемного расширения и соответственно скорости пузырей газа при их движении в капилляре.

В области массопереноса от стенки капилляра к жидкости показана его интенсификация в случае организации снарядного режима течения. Экспериментальные исследования, проведенные в широком диапазоне капиллярных чисел, позволили, во-первых, доказать существенную роль тейлоровских циркуляций в ускорении радиального массопереноса в жидкостных снарядах в 2-3 раза по сравнению с течением однородной жидкости; во-вторых, нами впервые экспериментально доказано исчезновение эффекта интенсификации массопереноса при переходе от циркуляционного течения к байпасному.

На основе полученных опытных данных предложено критериальное уравнение, учитывающие массоперенос от стенки капилляра, как к снаряду жидкости, так и к пленке, окружающей пузырек газа.

Выводы

1. Проведено экспериментальное исследование гидродинамических параметров газожидкостного течения - скорости пузырей, объемного газосодержания, относительной длины пузырей и перепада давления в диапазоне капиллярных чисел Са от 0.005 до 0.12. Результаты опытов показали хорошую сходимость со значениями, рассчитанными по математической модели, представленной в [15-18].

2. Предложена математическая модель, позволяющая рассчитать скорость газа и длину пузырька по длине капилляра с учетом его объемного расширения по мере движения к выходу из канала.

3. Экспериментальное исследование влияния пузырьков на процесс массоотдачи от стенки миниканала к жидкости, проведенное в диапазоне капиллярных чисел Са от 0.001 до 1.003, показало, что при снарядном режиме течения за счет возникновения тейлоровских циркуляций внутри снаряда жидкости ее интенсивность выше в 1.5—3.0 раза, чем при течении однофазного жидкостного потока.

4. Экспериментальным путем обнаружено снижение интенсивности массоотдачи при переходе от режима тейлоровской циркуляции к. байпасному обтеканию пузыря, связанное с исчезновением радиального переноса.

5. В результате обработки опытных данных по исследованию массопереноса получено критериальное уравнение для расчета поверхностного коэффициента массоотдачи от стенки капилляра к жидкости. В отличие от существующих зависимостей, данное уравнение учитывает как массоотдачу от стенки канала к снаряду жидкости, так и к пленке, окружающей пузырек газа.

6. Предложена методика расчета гидродинамических и массообменных параметров миниреактора для газожидкостных систем.

1. Hessel V., Müller А., Ко lb G. Chemical Micro Process Engineering. Processing and Plants. Weinheim.: Wiley-VCH Verlag, 2005. - 288 с.

2. The Catalogue. Chemical micro process technology made by IMM. Mainz, 2009 - 90 p.

3. Hessel V., Angeli P., Gavriilidis A., et al. Gas-Liquid and Gas-Liquid-Solid' Microstructured Reactors: Contacting Principles and Applications // Ind. Eng. Chem. Res. 2005. - V.44. - № 25. - P. 9750-9769.

4. Kreutzer M.T., Kapteijn F., Moulijn J.A., et al. Multiphase monolith reactors: Chemical reaction engineering of segmented flow in microchannels // Chem. Eng. Sei. 2005. - V.60. - № 22. - P. 5895-5916.

5. Боровинская E.C., Решетиловский В.П. Микроструктурные реакторы -концепции, развитие и применение //Хим. пром. 2008. - Т.85. - № 5. - С. 217-247.

6. Renken А., Hessel V., Lob Р. et al. Ionic liquid synthesis in a microstructured reactor for process intensification // Chem. Eng. and Proc. 2007. - V.46. - № 9. - P. 840-845.

7. Gao P., Rebrov E.V., Schouten J.C. et al. Microwave absorbing ferrite thin films for microwave heating of microstructured reactors // Proc. of 2009 MRS Fall meeting. Boston: 2009.

8. He P., Haswell S.J., Fletcher P.D.I. Microwave heating of heterogeneously catalysed Suzuki reactions in a micro reactor // Lab Chip. 2004. - V.4. - № 1. -P. 38-41.

9. Бауэр Т., Шуберт M., Ланге Р. и др. Интенсификация гетерогенно-каталитических газожидкостных реакций в реакторах с многоканальным монолитным катализатором // Журн. прикл. химии. 2006. - Т.79. - № 7. -С. 1057-1066.

10. Roy S., Bauer Т., Al-Dahhan М., et al. Monoliths as Multiphase Reactors: A Review// AIChE J. 2004. - V.50. - № 11. - P. 2918-2938.

11. Ребров Е.В. Применение микротехнологий для интенсификации промышленных процессов // Химическая технология. 2009. - Т. 10. - № 10.-С. 595-604.

12. Patrick Т.A., Abraham М.А. Evaluation of a monolith-supported Pt/Al203 catalyst for wet oxidation of carbohydrate-containing waste streams // Environ. Sci. Technol. 2000. - V.34. - № 16. - C. 3480-3488.

13. Onea A., Worner M., Cacuci D.G. A qualitative computational study of mass transfer in upward bubble train flow through square and rectangular minichannels // Chem. Eng. Sci. 2009. - V.64. - № 7. - P. 1416-1435.

14. Bercic G., Pintar A. The role of gas bubbles and liquid slug lengths on mass transport in the Taylor flow through capillaries // Chem. Eng. Sci. 1997. -V.52. - № 21-22. - P. 3709-3719.

15. Абиев Р.Ш. Моделирование гидродинамики снарядного режима течения газожидкостной системы в капиллярах // Теорет. основы хим. технологии. 2008. - Т.42 - № 2. - С. 115-127.

16. Абиев Р.Ш. Циркуляционный и байпасный режимы снарядного течения газожидкостной смеси в капилляре // Теорет. основы хим. технологии. -2009. Т.43 - № 3. - С. 313-323.

17. Абиев Р.Ш. Метод расчета объемного газосодержания и относительной длины пузырей при снарядном режиме течения в капиллярах // Теорет. основы хим. технологии. 2010. - Т.44 - № 1. - С. 88-103.

18. Абиев Р.Ш. Моделирование потерь давления при снарядном течении газожидкостной смеси в мини- и микроканалах // Теорет. основы хим. технологии. 2011. - Т.45 - № 2. - С. 170-177.

19. Thulasidas Т. С., Abraham М. A., Cerro R. L. Bubble-train flow in capillaries of circular and square cross section // Chem. Eng. Sci. 1995. - V.50. - № 2. -P. 183-199.

20. Aussillous P., Qu6re D. Quick deposition of a fluid on the wall of a tube // Phys. Fluids. 2000. - V.12. - № 10. - P. 2367-2371.

21. Nickiin D.J. Two phase flow in vertical tubes // Chem. Eng. Sei. 1962. -V.17. -№ 9. - P. 693-702.

22. Laborie S., Cabassud C., Durand-Bourlier L., et al. Characterisation of GasLiquid Two-Phase Flow inside Capillaries // Chem. Eng. Sei. 1999. - V.54. -№ 23. - P. 5723-5735.

23. Goda H., Hibiki Т., Kim S., et al. Drift-flux model for downward two-phase flow // Int. J. Heat Mass Transfer. 2003. -V.46. - № 25. - P.4835-4844.

24. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения. М.: Мир, 1972. - 440 с.

25. Fukano Т., Kariyasaki A., Ide Н. Fundamental data on the gas liquid two phase flow // Proceedings of 3rd International Conference on Microchannels and Minichannels. Toronto: 2005.

26. Bretherton F.P. The Motion of Long Bubbles in Tubes // J. Fluid Mech. -1961.-V.10.-№2.-P. 166-188.

27. Liu H., Vandu C.O., Krishna R. Hydrodynamics of Taylor Flow in Vertical Capillaries: Flow Regimes, Bubble Rise Velocity, Liquid Slug Length, and Pressure Drop // Ind. Eng. Chem. Res. 2005. - V.44. - № 14. - P. 4884-4897.

28. Taha Т., Cui Z. F. Hydrodynamics of slug flow inside capillaries // Chem. Eng. Sei. 2004. - V.59. - № 6. - P. 1181-1190.

29. Kreutzer M. Т., Kapteijn F., Moulijn J. A., et al. Inertial and Interfacial Effects on Pressure Drop of Taylor Flow in Capillaries // AIChE J. 2005. - V.51. - № 9. - P. 2428-2440.

30. Абиев Р.Ш., Лаврецов И.В. Гидродинамика снарядного течения газожидкостной системы в капиллярах: сравнение теории и эксперимента // Теорет. основы хим. технологии. 2011. - Т.45 - № 3. (принято к публикации).

31. Абиев Р.Ш. О форме пузырей при тейлоровском режиме течения газожидкостной смеси в капиллярах // Тез. докл. междунар. конф. «Мат. методы в технике и технологиях». Т. 5. Псков: ППИ, 2009. - С. 74-76.

32. Tsoligkas A.N., Simmons M.J.H., Wood J. Influence of orientation upon the hydrodynamics of gas-liquid flow for square channels in monolith supports // Chem. Eng. Sci. 2007. - V.62. - № 16. - P. 4365-4378.

33. Taylor G. I. Deposition of a viscous fluid on the wall of a tube // J. Fluid Mech. 1961. - №10. - P. 161-165.

34. Абиев Р.Ш. Моделирование циркуляции в жидкостном снаряде при течении газожидкостной смеси в капилляре // Тез. докл. междунар. конф. «Мат. методы в технике и технологиях». Т. 3. Саратов: СаратГТУ, 2008. -С. 21-23.

35. Thulasidas Т.С., Abraham М.А., Cerro R.L. Flow patterns in liquid slugs during bubble-train flow inside capillaries // Chem. Eng. Sci. 1997. - V.52. -№ 17. - P. 2947-2962.

36. Tsoligkas A.N., Simmons M.J.H., Wood J. The effect of hydrodynamics on reaction rates in capillary reactor // 6th International Conference on Multiphase Flow. Leipzig: 2007.

37. Mishima K., Hibiki T. Some characteristics of air-water two-phase flow in small diameter vertical tubes // Int. J. Multiphase Flow. 1996. - V.22. - № 4. -P. 703-712.

38. Арманд А.А. Трещев Г.Г. Сопротивление при движении двухфазной смеси по горизонтальным трубам // Известия ВТИ. 1946. - № 1. - С. 1622.

39. Kawahara A., Chung P.M.-Y., Kawaji М. Investigation of two-phase flow pattern, void fraction and pressure drop in a microchannel // Int. J. Multiphase Flow. 2002. - V.25. - № 9. - P. 1411-1435.

40. Chung P.M.-Y., Kawaji M. The effect of channel diameter on adiabatic two-phase flow characteristics in microchannels // Int. J. Multiphase Flow. 2004. - V.30.-№7-8.-P. 735-761.

41. Heiszwolf J.J., Engelvaart L.B., van den Eijnden M.G. et al. Hydrodynamic aspects of the monolith loop reactor// Chem. Eng. Sci. 2001. - V.56. - № 3. -P. 805-812.

42. Serizawa A., Feng Z., Kawara Z. Two-phase flow in microchannels // Experimental Thermal and Fluid Science. 2002. - V.26. - № 6-7. - P. 703714.

43. Warnier M.J.F., de Croon M.H.J. M., Rebrov E.V., et al. Pressure drop of gasliquid Taylor flow in round micro-capillaries for low to intermediate Reynolds numbers //Microfluidics and Nanofluidics. 2010. - V.8. - № 1. - P. 33-45.

44. Chalfi T.Y., Ghiaasiaan S.M. Pressure drop caused by flow area changes in capillaries under low flow conditions // Int. J. Multiphase Flow. 2008. -V.34. - № l.-P. 2-12.

45. Lockhart R.W., Martineiii R.C. Proposed correlation of data for isothermal two-phase, two-component flow in pipes // Chem. Eng. Progress. 1949. -V.45.-№ l.-P. 39-49.

46. Chisholm D., Laird A.D.K. Two-phase flow in rough tubes // Trans. ASME. -1958. V.80. - № 2. - P. 276-286.

47. Chisholm D. A theoretical basis for the Lockhart-Martinelli correlation for two-phase flow // Int. J. Heat Mass Transfer. 1967. - V. 10. - № 12. - P. 17671778.

48. Dessimoz A.L., Cavin L., Renken A., et al. Liquid-liquid two-phase flow patterns and mass transfer characteristics in rectangular glass micro-reactors // Chem. Eng. Sei. 2008. - V.63. - № 16. - P. 4035-4044.

49. Grolman E., Edvinsson R., Stankiewicz A., et al. Hydrodynamic instabilities in gas-liquid monolithic reactors // Proc. of the ASME Heat Transfer Division 1996.-V. 3.-P. 171-178.

50. Salman W., Gavriilidis A., Angeli P. On the formation of Taylor bubbles in small tubes // Chem. Eng. Sei. 2006. - V.61. - № 20. - P. 6653-6666.

51. Shao N., Salman W., Gavriilidis A., et al. CFD simulations of the effect of inlet conditions on Taylor flow formation // Int. J. Heat Mass Transfer. 2008.- V.29. № 6. - P. 1603-1611.

52. Ребров E.B. Режимы двухфазного течения в микроканалах. // Теорет. основы хим. технологии. 2010. - Т.44. - № 3. - С. 1-13.

53. Suo М., Griffith, P. Two-phase flow in capillary tubes. // J. Basic Eng. 1964.- V.86. № 3. - P. 576-582.

54. Brauner N., Moalem-Maron D. Identification of the range of small diameter conduits, regarding two-phase flow pattern transitions. // Int. Commun. Heat. Mass Transfer. 1992. - V. 19. - № 1. - P. 29-39.

55. Triplett K.A., Ghiaasiaan S.M., Abdel-Khalik S.I., et al. Gas-liquid two-phase flow in microchannels. Part I: two-phase flow patterns // Int. J. of Multiphase Flow. 1999. - V.25. - № 3. - P. 377-394.

56. Hibiki Т., Mishima K. Flow regime transition criteria for upward two-phase flow in vertical narrow rectangular channels // Nuclear Eng. and Design. -2001.-V.203.-№2-3. P. 117-131.

57. Hetsroni G., Mosyak A., Segal Z., et al. Two-phase flow patterns in parallel micro-channels // Int. J. of Multiphase Flow. 2003. - V.29. - № 3. - P. 341360.

58. Bauer T. Experimental and theoretical investigations of monolithic reactors for three-phase catalytic reactions: Dissertation // Technische Universitaet Dresden. Dresden, 2007. - 167 p.

59. Lowe D.C., Rezkallah K.S. Flow regime identification in microgravity two-phase flows using void fraction signals // Int. J. of Multiphase Flow. 1999. -V.25. - №3. - P. 433-457.

60. Jayawardena S.S., Balakotaiah V., Witte L.C. Flow pattern transition maps for microgravity two-phase flows // AIChE J. 1997. - V.43. - № 6. - P. 16371640.

61. Chen L., Tian Y.S., Karayiannis T.G. The effect of tube diameter on vertical two-phase flow regimes in small tubes // Int. J. Heat Mass Transfer. 2006. -V.29. - № 9. - P. 4220-4230.

62. Shao N., Gavriilidis A., Angeli P. Flow regimes for adiabatic gas-liquid flow in microchannels // Chem. Eng. Sei. 2009. - V.64. - №11. - P. 2749-2761.

63. Reinecke N., Mewes D. Oscillatory transient two-phase flows in single channels with reference to monolithic catalyst support // Int. J. of Multiphase Flow. 1999. - V.25. - № 6-7. - P. 1373-1393.

64. Liang S.B., Ma H.B. Oscillating motions of slug flow in capillary tubes // Int. Comm. Heat Mass Transfer. 2004. - V.31. - №3. - P. 365-375.

65. Hatziantoniou V., Andersson B. Solid-Liquid mass transfer in segmented GasLiquid flow through a capillary // Ind. Eng. Chem. Fundam. 1982. - V.21. -№4.-P. 451-456.

66. Horvath C., Solomon B.A., Engasser J-M. Measurement of radial transport in slug flow using enzyme tubes // Ind. Eng. Chem. Fundam. 1973. - V.12. - № 4. - P. 431-439.

67. Kreutzer M.T., Du P., Heiszwolf J.J., et al. Mass transfer characteristics of three-phase monolith reactors // Chem. Eng. Sei. 2001. - V.56. - № 22. - P. 6015-6023.

68. Gruber R., Melin T. Radial mass-transfer enhancement in bubble-train flow // Int. J. of Heat and Mass transfer. 2003. - V.46. - № 15. - P. 2799-2808.

69. Van Baten, J.M., Krishna R. CFD simulations of wall mass transfer for Taylor flow in circular capillaries // Chem. Eng. Sei. 2005. - V.60. - № 4. - P. 11171126.

70. Tsoligkas A.N., Simmons M.J.H., Wood J. Kinetic and selectivity studies of gas-liquid reaction under Taylor flow in a circular capillary // Catalysis today. 2007. - V.128. - № 1-2. - P. 36-46.

71. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1978. - 736 с.

72. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1992. - 672 с.

73. Wolffenbuttel В.М.А., Nijhuis Т.А., Stankiewicz A., et al. Novel method for non-intrusive measurement of velocity and slug length in two- and three-phase slug flow in capillaries // Meas. Sci. Technol. 2002. - V.13. - P. Д 540-1544.

74. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1987. - 576 с.

75. Павлушенко И.С., Смирнов Н.Н., Романков П.Г. О влиянии перемешивания на процесс химического превращения // Журн. прикл.I

76. Химии. 1961 -Т.36. -№2. - С. 312-319.

77. Новый справочник химика и технолога. Основные свойства неорганических, органических и элементоорганических соединений под ред. Калинкина И.П. СПб.: АНО НПО «Мир и семья», 2002. - 1280 с.

78. Справочник по растворимости под ред. Когана В.Б. т. 1, кн. 2. Бинарные системы. М.: Изд-во АН СССР, 1961.-960 с.

79. Рид Р., Прауснитц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия, 1982.-592 с.

80. Delgado J.M.P.Q., Alves М.А., Guedes de Carvalho J.R.F. A simple and inexpensive technique to measure molecular diffusion coefficients // J. Phase Equil. Dif. 2005. - № 5. - P. 447-451.

81. Лаврецов И.В., Абиев Р.Ш. Карта режимов течения газожидкостного потока в одиночном канале микрореактора // Тез. докл. XII научно -практической конф. «Химия — XXI век: новые технологии, новые продукты». Кемерово, 2009. - С. 59-61.

82. Козулин И.А., Кузнецов В.В. Статистические характеристики газожидкостного потока в вертикальном миниканале // Теплофизика и аэромеханика. 2010. - Т.17. - №1. - С. 101-108.

83. Haakana Т., Kolehmainen E., Turunen I., et al. The development of monolith reactors: general strategy with a case study // Chem. Eng. Sci. 2004. - V.59. -№22-23. - P. 5396-5403.

84. Холоднов В.А. Компьютерные технологии точечного и интервального оценивания параметров парной линейной регрессии по методу наименьших квадратов. СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2008. - 78 с.

85. Лаврецов И.В., Абиев Р.Ш., Крашанина О.С. Исследования массоотдачи от стенки микроканала к движущейся жидкости и газожидкостной смеси // Известия СПБГТИ (ТУ). 2010. - № 8. - С. 64-68.

86. Берд Р., Стьюарт В., Лайтфут Е. Явления переноса. М.: Химия, 1974. -688 с.

87. Шервуд Т. К., Пигфорд Р., Уилки Ч. Массопередача. М.: Химия, 1982. -696 с.

88. Akbar М.К., Ghiaasiaan S.M. Simulation of Taylor flow in capillaries based on the Volume-of-fluid technique // Ind. Eng. Chem. Res. 2006. - V.45. - № 15. - P. 5396-5403.

89. Vandu С. O., Liu H., Krishna R. Mass transfer from Taylor bubbles rising in single capillaries // Chem. Eng. Sci. 2005. - V.60. - № 22. - P. 6430-6437.

90. Лаврецов И.В., Haase S. Исследование массоотдачи при газожидкостной каталитической реакции в реакторе с монолитным катализатором // Тез. докл. междунар. конф. «Фундаментальные науки специалисту Нового века». - Иваново, 2008. - С. 157.