CJChE丨中北大學 祁極冰、劉有智、劉艷東: 超重力法脫除高黏流體中揮發分的研究
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
識別查看全文
Chinese Journal of Chemical Engineering
研究背景
揮發性有機物（VOCs）大多是有毒有害物質，通常有強烈的氣味，會造成健康和環境問題。在聚合物的制造過程中，分離和去除不必要的殘留揮發性有機化合物（VOCs）如溶劑、單體和其他副產物是很重要的。因此，從聚合物中去除VOCs已經成為一個關鍵問題。聚合物的脫揮是聚合過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。由于高粘度和復雜的相平衡，這些體系中揮發物的去除往往是困難的。利用過程強化技術提高脫揮性能勢在必行。旋轉填料床（RPB）是通過高速旋轉的填料旋轉產生的離心力場來實現超重力環境。
成果展示
本研究以丙酮為揮發性組分，PDMS為高黏流體，采用超重力技術脫除丙酮，實現高效脫揮，考察了超重力因子、真空度、液體流量、揮發分初始含量、黏度等因素對脫揮效果的影響。
隨著超重力因子β、真空度PV和揮發分初始含量ω0增大，脫揮率y和液相總體積傳質系數KLa均增大；液體流量Q增大，y和KLa先增大后減??；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。實驗中丙酮脫除率可達67%，KLa的最大值為6.4×10–3 s–1。建立了KLa的無量綱關聯式，預測值與實驗值的偏差小于±28%。
分子擴散效應有利于丙酮在兩相間的遷移，有利于傳質過程的強化。超重力技術會使脫揮過程中的傳質阻力降低，丙酮的傳質過程得到強化，丙酮的去除效果得到提高。
圖文導讀
圖2是脫揮實驗流程圖。
Fig. 2 Schematic of devolatilization experimental setup
圖4是PDMS-丙酮的標準曲線。
Fig. 4 The standard curve of PDMS–acetone
考察了超重力因子、液體流量、真空度、黏度和揮發分初始含量對脫揮性能的影響。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 和揮發分初始含量ω0增大，脫揮率y和液相總體積傳質系數kLa均增大；液體流量Q增大，y和kLa先增大后減??；黏度η增大，y和kLa減小。
圖11是旋轉填料床脫揮機理示意圖。
Fig. 11 Schematic diagram of devolatilization mechanisms in RPB
建立了kLa的無量綱關聯式，圖12是kLa預測值與實驗值的對比圖，預測值與實驗值之間的偏差小于±28%。
Fig. 12 Comparison of experimental and calculated date of kLa
作者及團隊介紹
祁極冰，中北大學畢業生，現就職于太原學院。
劉有智，中北大學教授，博士生導師。
劉艷東，中北大學畢業生。
劉有智教授團隊主要從事超重力化工過程強化方面的研究。
關于CJChE
CJChE已開通投稿綠色通道，鼓勵原創！歡迎您向Chinese Journal of Chemical Engineering 投創新性強、對化工及交叉領域發展具有重要推動作用的稿件！
CJChE官網 http://www.cjche.com.cn
投稿前請您仔細閱讀投稿須知，感謝您的配合！
