ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОКИСЛЕНИЯ В МИКРОФЛИДНОМ ИСПОЛНЕНИИ НА ПРИМЕРЕ ОКИСЛЕНИЕ ПАРА КСИЛОЛА
Аннотация
В данной работе представлена разработка методики для проведения окисли-тельных реакций в микрофлюидных системах, направленная на повышение их эффективно-сти и безопасности. В качестве модельного процесса выбрано окисление пара ксилола. В рамках исследования был проведён многофакторный эксперимент, в котором исследованы влияния различных факторов, таких как температура, соотношение реагентов и выбор окислителя. На основании вышеперечисленных параметров, построены «тепловые карты», которые позволили определить оптимальные условия для протекания реакции. Использова-ние микрофлюидных технологий позволило существенно снизить риски, присущие традици-онным методам окисления, где часто используются высокие температуры до 800 ℃), повы-шенное давление (до 30 атмосфер) и существует значительная опасность возникновения пожаров и взрывов. Микрофлюидные устройства обеспечивают более точный контроль над параметрами реакции, что позволяет проводить окисление при более мягких условиях. Это способствует минимизации побочных реакций, улучшению управляемости процессом и по-вышению безопасности. Разработанная методика не только создает безопасные условия для проведения окислительных реакций, но и делает процесс более энергоэффективным и эколо-гически безопасным. Это является важным аспектом для дальнейшего промышленного при-менения. Полученные результаты демонстрируют значительный потенциал микрофлюид-ных технологий как для лабораторного, так и для промышленного масштабов. Методика может быть адаптирована к различным окислительным процессам, что открывает воз-можности для синтеза производных п-ксилола и других органических соединений, обеспечи-вая универсальность и широкую применимость подхода в химической промышленности.
Литература
Rogério A.F. Tomás, João C.M. Bordado, João F.P. Gomes. p-Xylene Oxidation to Terephthalic Acid: A Litera-ture Review Oriented toward Process Optimization and De-velopment. Chemical Reviews. 2013. V. 113. N 10. P. 7421-7469. DOI:10.1021/cr300298j/
Ovchinnikov V.I., Nazimok V.F., Simonova T.A. Produc-tion of terephthalic acid and its dimethyl ether. M.: Chemis-try. 1982. 232 p. (in Russian)
Shishanov M.V., Kuk H.G., Dosov K.A., Yashunin D.V., Bolshakov I.A., Morozov N.V. Mixing in microfluidics. Modern high technology. Regional application. 2023. N 4 (76). P. 103–109. DOI: 10.6060/snt.20237604.00014.
S.G. Kandlikar. Fundamental issues related to flow boiling in minichannels and microchannels. Exp. Therm. Fluid Sci. 26 (2002). P. 389-407.
P. Watts, S.J. Haswell. Microfluidic combinatorial chemis-try. Current Opinion in Chemical Biology. 2003. V. 7. P. 380-387.
H.-C. Shin, S.-M. Kim. Generalized flow regime map for two-phase mini/micro-channel flows. Int. J. Heat Mass Transfer. 2022. V. 196. P. 23-29.7. M. Akbari, M. Rahimi, M. Faryadi. Gas–liquid flow mass transfer in a T shape microreactor stimulated with 1.7 MHz ultrasound waves. Chin. J. Chem. Eng. 2017. V. 25. P. 1143-1152. DOI: 10.1016/j.cjche.2017.03.010.
Sobieszuk P, Aubin J, Pohorecki R. Hydrodynamics and mass transfer in gas–liquid flows in microreactors. Chem Eng Technol. 2012. V. 8. N 35. P. 1346-1358.
A. Etminan, Y.S. Muzychka, K. Pope. Liquid film thickness of two-phase slug flows in capillary microchannels: A review paper. Chin. J. Chem. Eng. 2022. V. 100. P. 325-348.
Mohsin Pasha, Saier Liu, Jin Zhang, Min Qiu, and Yuanhai Su; Recent Advancements on Hydrodynamics and Mass Trans-fer Characteristics for CO2 Absorption in Microreactors. Indus-trial & Engineering Chemistry Research. 2022. V. 34. N 61. P. 12249-12268. DOI: 10.1021/acs.iecr.2c01982.
Chen Y, Sheng L, Deng J, Luo G. Geometric effect on gas–liquid bubbly flow in capillary-embedded T-junction microchannels. Ind Eng Chem Res. 2021. V. 12. N 60. P. 4735-4744.
G.-N. Ahn, S. Taniguchi, T. Aoyama, S. Hasebe, D. P. Kim, O. Tonomura; Formation of gas-liquid slugs in millimeter-scale T-junctions – slug size estimation framework; Chin. J. Chem. Eng. 2020. V. 385. P. 12-27. DOI: 10.1016/j.cej .2019. 123492.
Sheng L, Chen Y, Deng J, Luo G. High-frequency formation of bubble with short length in a capillary embedded step T-junction microdevice. AIChE J. 2021. V. 11. N 67. P. 73-76.
Lin Sheng, Yu Chang, Junjie Wang, Jian Deng, Guangsheng Luo. Hydrodynamics of gas–liquid microflu-idics: A review. Chemical Engineering Science. 2024. V. 285. P. 39-50. DOI: 10.1016/j.ces.2023.119563.
Yaran Yin, Chunying Zhu, Rongwei Guo, Taotao Fu, Youguang Ma. Gas-liquid two-phase flow in a square microchannel with chemical mass transfer: Flow pattern, void fraction and frictional pressure drop. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2018. V. 127. Part B. P. 484-496. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.07.113.
E. Prech, F. Bulmann, K. Affolter. Prech E. P71 Deter-mination of the structure of organic compounds. Tables of spectral data. M.: Mir; BINOM. Laboratory of Knowledge. 2006. 438 p. (in Russian)
Danilova E.A., Galanin N.E., Islyaikin M.K., Maizlish V.E., Berezina G.R., Rumyantseva T.A., Suvorova Yu.V., Znoiko S.A., Kustova T.V. Achievements in the field of chemistry of macroheterocyclic compounds at the department of technology of fine organic synthesis. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 7. P. 111-119. DOI: 10.6060/ /ivkkt.20236607.6826j.
