超大宽高比螺旋板式微通道对O/W乳状液的破乳研究

摘要

设计加工出一种高分离通量的三维螺旋板式微通道(three-dimensional spiral plate-type microchannel,3D-SPM),利用该微通道内的亲油疏水表面与三维螺旋微结构之间的耦合作用,强化了对水包油(O/W)型乳状液的破乳过程.结合计算机模拟方法,研究了微通道片数、乳状液体积流速、停留时间对破乳率的影响.实验结果表明:随着微通道片数的增加,破乳率增加,破乳后的液滴粒径逐渐减小;随着乳状液体积流速的增加,破乳率呈先上升后下降的趋势,体现出通道的表面作用和Dean涡流作用的耦合效果,最大单次破乳率为25％;随着停留时间的增加,破乳率增加,8次循环破乳后,最大破乳率为85.9％.通过计算机模拟发现:随着流速增加,微通道矩形截面中Dean涡流的个数及强度随之增加,涡流区域不断向上下壁面拓展,当体积流速为8 ml/min时Dean涡流的个数达到最大为2对,此时壁面剪切速率为5527 s-1,达到最大破乳率,进一步提升流速,由于壁面处剪切速率和Dean涡流扰动过大,导致破乳率降低.