涉及气体的催化反应,常常卡在“气到不了催化剂表面”这一步。甲烷在水相中的溶解度很低,传统鼓泡式反应器里,气液界面面积有限,传质速率往往成为限速步骤,催化剂本身再好也发挥不出来。
微液滴路线的核心思想,是把连续气相打散成大量微小气泡或把液相分散成微小液滴,用几何尺度的缩小换取界面面积的量级提升。
气体分子需要经历“气相→液膜→液相主体→催化剂表面”的过程,其中液膜扩散常常最慢。液膜厚度与界面面积直接决定传质通量,而微尺度分散正是同时改善这两点。
一是界面面积大幅增加,单位体积内的接触机会显著增多;二是扩散路径缩短,分子到达催化剂表面的时间减少;三是停留时间分布更均匀,反应条件更接近等温等浓度。
液滴/气泡尺寸分布、气相与液相的流量比、循环速率、催化剂浓度与分散状态、温度与光照分布。这些参数共同决定三相界面的实际有效面积。
问:微液滴适合所有气相反应吗?不是。它更适合受传质限制明显、产物需要及时移出的体系。
问:液滴越小越好吗?并非如此。过小会增加能耗与分离难度,需要在传质收益与运行成本间权衡。
问:催化剂怎么引入?可悬浮于液相或负载于固定相,两种方式对传质与分离的要求不同。
伟德源自英国1946的 PLR-CTPR 微液滴式甲烷光转化反应仪面向气液固三相反应设计,用于甲烷光转化的传质强化与条件评价,相关产品见光催化反应系统。