توصيفگر ها :
استخراج مايع- مايع , ميكروكانال , ترشوندگي , زاويه تماس , جريان لختهاي , هيدروديناميك , انتقال جرم
چكيده فارسي :
ميكروكانالها به عنوان تجهيزاتي نوظهور، پتانسيل بالايي در بهبود انتقال جرم دارند ولي ترشوندگي ديوارههاي ميكروكانال يك پارامتر كليدي در تعيين عملكرد ميكروكانالها است. مرور مطالعات پيشين نشان دهنده اين امر است كه چگونگي تاثير پذيري طول لخته هاي هر فاز، سطح بين فازي مخصوص و در نهايت ضريب كلي حجمي انتقال جرم از ترشوندگي ديواره ميكروكانال در رژيم جريان لختهاي و مايع- مايع مشخص نيست. در اين پژوهش از سه ميكروكانال آبگريز از جنس پلي كربنات با اتصال متقاطع كه داراي سطح مقطع مربعي به ابعاد mµ 500 µm × 500 و كانال اصلي به طول cm 3 هستند، استفاده شده است. اثر ترشوندگي ديواره ميكروكانال بر طول لخته فازها، سطح بين فازي مخصوص، ضريب كلي حجمي انتقال جرم و ضريب كلي انتقال جرم، در دبي حجمي كل و نسبت دبي حجمي فازهاي متفاوت مورد بررسي قرار گرفت. تغيير در ترشوندگي ديواره ميكروكانالها به كمك محلول %w/w 5 دودسيل آمين در اتانول در دماي C° 60 و در سه زمان متفاوت 2، 3 و 6 ساعت صورت گرفت كه نتيجه، زاويه تماس ديوارهها با آب به ترتيب 122، 109 و 96 درجه حاصل شد. محلول 005/0 مولار سديم هيدروكسيد در آب ديونيزه همراه با چند قطره فنول رد (به منظور مشاهده تغييرات رنگ در طول كانال) به عنوان فاز پراكنده و محلول 025/0 مولار استيك اسيد در روغن پارافين به عنوان فاز پيوسته استفاده شد. انتقال جرمِ تك جزئي بين فازها صورتگرفته و براي تخمين ضرائب انتقال جرم، از تكنيك بر خط رصد طول تغيير رنگ شناساگر استفاده شد. به طور كلي نتايج پژوهش حاضر نشان ميدهد كه با افزايش زاويه تماس ديواره كانال با آب (افزايش آبگريزي ديوارهها) در تمامي دبي هاي حجمي كل و نسبت دبي فازها ، ضريب كلي انتقال جرم و ضريب كلي حجمي انتقال جرم افزايش قابل توجهي داشتند، بدين صورت كه با افزايش زاويه تماس از° 96 به° 109و سپس به° 122، ضريب كلي حجمي انتقال جرم به طور متوسط به ترتيب% 4/37 و % 8/13 افزايش و ضريب كلي انتقال جرم نيز به ترتيب % 55 و % 11 افزايش يافتند.دليل اين بهبود تقويت در چرخشهاي دروني فازها با افزايش آبگريزي ديوارههاي ميكروكانال ميباشد. همچنين با افزايش آبگريزي در تمامي دبي هاي حجمي كل و نسبت دبي فازها ، طول لختههاي هردو فاز كاهش يافته كه اين امر ميتواند به دليل افزايش ضخامت فيلم ديواره با افزايش زاويه تماس باشد. ترشوندگي ديواره ميكروكانال تاثير قابل ملاحظهاي بر سطح بين فازي مخصوص نداشت.
چكيده انگليسي :
Microchannels, as emerging devices, have high potential; however, the wettability of microchannel walls is a key parameter that still presents fundamental challenges in predicting and controlling system behavior. A review of previous studies indicates that how the length of phase slugs, the specific interfacial area, and ultimately the overall volumetric mass transfer coefficient are affected by different wall wettabilities in the slug flow regime and two-phase liquid-liquid systems remains unclear.
In this research, three hydrophobic polycarbonate microchannels with focused flow junctions, square cross-section dimensions of 500 µm × 500 µm, and a main channel length of 3 cm were used. The effect of parameters such as total volumetric flow rate, phase volumetric flow ratio, and different microchannel wall contact angles were investigated. The hydrophobic surface on these three chips was created using a 5 wt% dodecyl amine solution in ethanol at 60°C for three different durations. of 2, 3, and 6 hours. An aqueous 0.005 M sodium hydroxide solution with a few drops of phenol red (to observe color change along the channel) was used as the dispersed phase, and a 0.025 M acetic acid solution in paraffin oil served as the continuous phase.
Single-component mass transfer occurred between the phases, and for estimating the mass transfer coefficients, an online technique monitoring the length of indicator color change was applied. Results showed that the slug lengths of both phases decreased with increasing wall contact angle, whereas the specific interfacial area did not change significantly. With increasing contact angle, the overall mass transfer coefficient and volumetric mass transfer coefficient increased significantly; at all total volumetric flow rates and phase flow ratios, increasing the contact angle from 96° to 109°, and then to 122°, led to average increases of approximately 37.4% and 13.8% in volumetric mass transfer coefficient and 55% and 11% in overall mass transfer coefficient, respectively.
The reason for the improvement in mass transfer coefficients could be the enhancement of internal circulations of the phases with increasing contact angle of the dispersed (aqueous) phase on the microchannel walls. Overall, the results of the present study demonstrate that the wettability of microchannel walls has a significant effect on mass transfer in slug flows, while it does not noticeably affect the slug length or specific interfacial area.