Теоретические основы разработки микроструктурированных реакторов для каталитических процессов

• Автор: Ребров, Евгений Викторович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 344 с. : ил.

Введение.

Глава 1. Гидротермальный синтез микропористых пленок

1.1 Влияние параметров гидротермального синтеза на свойства цеолитных

покрытий .

1.1.1 Скорость нуклеации.

1.1.2 Скорость кристаллизации

1.2 Выбор материала микрореактора

1.3 Влияние структурномеханических свойств поверхности подложки на

скорость образования, однородность и толщину цеолитных покрытий

1.4 Влияние гидрофильности подложки на однородность и толщину

цеолитных покрытий.

1.5 Влияние условий синтеза цеолитных покрытий на их свойства
1.5.1 Управление процессом синтеза цеолитных покрытий
1.5.2 Механизм образования однородных цеолитных покрытий.
1.6 Интенсификация синтеза цеолитных покрытий под воздействием
микроволнового излучения.
1.7 Масштабирование гидротермального синтеза.
1.8 Применение микрореакторов с цеолитными покрытиями
1.8.1 Изучение модельных реакций.
1.8.2 Диффузионное испарение.
1.8.3 Тонкий органический синтез.
1.8.4 Применение цеолитных микроадсорберов в космических технологиях
1.9 Дальнейшие направления развития в области синтеза и применения
цеолитных покрытий.
Глава 2. Получение мезопористых пленок на основе i и ТЮ2 с
управляемой наноструктурой
2.1 Основные закономерности зольгель синтеза мезопористых пленок.
2.1.1 Синтез мезопористых силикатных пленок.
2.1.2 Синтез мезопористых пленок оксида титана
2.2 Методы получения тонких пленок через испарение растворителя.
2.2.1 Получение ТММП методом центрифугирования ii.
2.2.2 Получение ТММП методом окунания i i.
2.3 Увеличение стабильности силикатных пленок за счет контроля и
введения алюминия.
2.3.1 Влияние на толщину стенок каркаса и объм мезопор
2.3.2 Синтез алюмосиликатных пленок.
2.3.3 Стабильность алюмосиликатных пленок в растворителях.
2.4 Разработка метода синтеза мезопористых пленок оксида титана.
2.5 Применение эллипсометрической порометрии для определения
структурных характеристик нанопленок
2.6 Нанесенные катализаторы на основе ТММП.
2.7 Нанесение тонких пленок на кремниевые диски с микроканалами и
капилляры.
Глава 3. Капиллярная гидродинамика.
3.1 Оптимизация гидродинамики в микрореакторах в двухфазном течении
жидкостьгаз
3.1.1 Переход от макро к микроканалам
3.1.2 Режимы течения в микроканалах.
3.1.3 Параметры, определяющие границы гидродинамических режимов
3.1.4 Постюение универсальных карт границ переходов для микроканалов.
3.1.5 Формирование снарядного режима в микроканалах.
3.2 Определение истинного газосодержания при снарядном режиме
течения в капиллярах
3.2.1 Модель материального баланса
3.2.2 А напиз толщины пленки жидкости.
3.3 Расчет гидродинамического сопротивления при течении двухкомпонентной смеси
3.3.1 Гидродинамическое сопротивление газового пузыря.
3.3.2 Расчет гидродинамического сопротивления в снарядном
режиме.
3.3.3 Экспериментальная проверка расчетных формул.
Глава 4. Масштабирование процессов в микрореакторах.
4.1 Расчет геометрии входного распределителя для однофазных потоков в
ламинарном режиме.
4.1.1. Расширяющиеся участки диффузоры
4.1.2 Критерии оценки степени неравномерности потока
4.1.3 Способы выравнивания потока.
4.1.4 Оптимизация конфигурации объмной решетки.
4.1.5 Зависимость индекса неоднородности потока от параметров объмной решетки
4.1.6 Проверка расчетных формул.
4.1.7Методика расчета параметров решетки
4.2 Влияние неоднородности геометрии и параметров процесса на рабочие парамегры микрореакторов.
4.2.1 Гидродинамическое сопротивление.
4.2.2 Скорость потока в микроканале
4.2.3 Распределение времени пребывания
4.2.4 Влияние неоднородности диаметра каналов на конверсию в микрореакторе
Глава 5. Интенсификация процессов в микрореакторах
5.1 Теплообмен.
5.1.1 Одномерные корреляции для расчета коэффициентов теплоотдачи
5.1.2 Конечноэлементное численное моделирование
теплопроводности каркасареактора.
5.1.3 Эффект теплопроводности стенки на производительность микрореактора
5.1.4 Влияние скорости потока и температурной неоднородности на производительность микрореактора.
5.2 Оптимизация геометрии микрореактора
5.2.1 Расчет температурного поля методом конечноэлементного
моделирован ия.
5.3 Оптимизация геометрии камер распределителей потока
5.4 Применение тонких пленок суперактивных катализаторов, стабилизированных на поверхности подложки.
5.5 Интенсификация процессов в капиллярных микрореакторах
Заключение
Список литературы


Поверхностные явления играют большую роль не только в системах с особо высоко развитой поверхностью характер смачивания жидкостью твердого тела определяется состоянием поверхности, пластическая деформация твердых тел также связана с явлениями, происходящими на поверхностях раздела фаз. При отработке технологий получения микроструктур важным этапом является контроль поверхности после процесса изготовления микроканалов перед началом синтеза цеолитных покрытий. Например, наличие значительных неоднородностей на поверхности каналов является существенным препятствием для получения однородных покрытий. Успешное развитие в течение последних десяти лет электронной микроскопии атомного разрешения ЭМАР, а также лазерной сканирующей конфокальной микроскопии ЛСКМ позволяет получить детальную информацию о шероховатости поверхности твердых тел с точностью до десятых долей намометра. Применение атомного силового микроскопа АСМ позволяет получить исходные данные о профиле поверхности в виде квадратной решетки размером примерно х мкм с разрешением 2 нм. Полученные данные в дальнейшем обрабатываются статистическими методами для получения необходимой информации о поверхности. Основным недостатком АСМ является сбор данных с ограниченного участка поверхности, который часто не может рассматриваться как репрезентативный по отношению ко всей поверхности подложки. Поэтому, в дополнение к детальному изучению характера поверхности методом ЭМАР, информация, полученная методом ЛСКМ, позволяет сделать вывод о состоянии больших 0 х 0 мкм2 массивов подложки. Данный метод не требует высокого вакуума и бесконтактен 5, что позволяет использовать образцы в дальнейших исследованиях. Обычно на поверхности металла можно выявить профиль, полученный в результате прокатки, когда исходная заготовка обжимается вращающимися валками прокатного стана для уменьшения поперечного сечения и придания заланной формы. Шероховатость металла зависит, главным образом, от нагрева при прокатке металла. Для измерения шероховатости поверхности после химической или термической обработки, из профиля поверхности, полученного методом ЛСКМ рис. Оба профиля обычно измеряются в направлении прокатки. Здесь гх разница между абсолютной высотой данной точки поверхности и средней линией профиля поверхности в точке х, I общая длина анализируемого участка. Средняя линия профиля делит действительный профиль так, чтобы в пределах базовой длины среднее квадратичное отклонение профиля до этой линии было минимально. Следует отметить, что по величине нельзя с достаточной точностью судить о характере поверхности в области 1 нм рис. Обычно после химической обработки подложка имеет фрактальную размерность Д, которая может варьироваться в пределах 2,1 2,3. Показатель Д показывает насколько развита поверхность, т. Я пропорциональна Я2, тогда как для наноструктурированной поверхности площадь возрастает пропорционально Однако определение Д методом ЭМАР достаточно трудоемко. В этом случае обычно изучаются от трех до шести участков каждого образца с особенными компонентами рельефа в виде двухмерных изображений квадратных участков площадью 5 со сторонами от 0,
1. Более практичной для характеристики наношероховатости представляется потеря массы подложки на единицу площади поверхности гм2. Данный параметр позволяет получать приближенные значения наношероховатости среднеквадратичное отклонение высот неровностей на определенной длине, рассчитываемое по всем точкам скана для определенных классов материалов с одинаковым значением микрошероховатости. При химической обработке щелочными растворами на металлических подложках наблюдается увеличение наношероховатости с одновременным удалением съемом материала. Скорость съема материала зависит от химической и топографической природы поверхности и предварительной обработки материала и изменяется в достаточно широких пределах. Рис. Профиль поверхности подложки, на котором показана структура получаемая после прокатки образца а и микрошероховатость Да б, рассчитываемая по профилю поверхности после корректировки на волнистость совокупность периодически повторяющихся неровностей, которые образуются при прокатке.