Một khía cạnh hứa hẹn của công nghệ COBR là khả năng mở rộng lên quy trình bằng cách duy trì tương tự hình học và động học, cho phép khuấy trộn và dòng chảy điều kiện sản xuất ở quy mô phòng thí nghiệm để dễ dàng nhân rộng cho các quá trình thí điểm và quy mô công nghiệp. Các chuẩn số St , Re o và Re n là đại lượng thông số hoạt động để xác định đầy đủ các điều kiện động lực chất lỏng cho thiết bị COBR. [29]
Ta phân biệt hai dòng chảy cùng tồn tại trong thiết bị COBR là dòng chảy chính và dòng chảy dao động. Dòng chảy chính là dòng chảy của toàn bộ chất lưu trong ống theo hướng từ đầu ống đến cuối ống. Dòng chảy dao động tồn tại bên trong dòng chảy chính ở khoảng không gian giữa hai vách ngăn, khi dòng chảy chất lỏng bị cản bởi vách ngăn, các phần tử chất lỏng bị dội ngược lại so với dòng chảy chính, sau đó lại tiếp tục bị lôi kéo bởi chuyển động của dòng chảy chính tạo nên trạng thái dao động liên tục trong thiết bị COBR.
• Chuẩn số Reynolds của dòng chảy chính ( Ren ) là một thông số không thứ nguyên được sử dụng để xác định chế độ chảy cuả dòng chảy chính và được xác định bởi công thức:
n u e ud d R ρ ν µ = = Trong đó : - d là đường kính ống, m - v là độ nhớt động học, m2/s - u là vận tốc của dòng chảy, m/s
- ρ là khối lượng riêng của chất lưu, kg/m3 - µ là độ nhớt động lực học, kg/(ms)
Chuẩn số Reo của dòng chảy dao động đã đưa ra sự chỉ thị của cường độ trộn lẫn. Sự phân tách dòng chảy xảy ra khi lớp trên được tách ra từ một bề mặt và hình thành các lỗ xoáy và trong trường hợp này, hàm lượng COBR được tách từ thành. Đối với sự phân tách dòng chảy để xảy ra trong COBR, Reo phải dư 50-100, chống lại với chuẩn số Ren thực trong các thiết bị phản ứng dạng ống cổ điển. Một sự tăng cường trong Reo có thể đạt được tại chỗ bằng việc tăng cường biên độ (Xo) hay tần số (f ) của sự dao động. [29]
Khi có dòng chảy dao động xuất hiện dọc theo dòng chảy chính thì việc bổ sung một chuẩn số khác để đặc trưng dòng chảy là cần thiết, kết hợp cùng với chuẩn số Ren nói trên.
Chỉ số Reo dao động dòng chảy được tính bởi công thức sau:
Trong đó :
- d là đường kính ống, [m]
- ρ là khối lượng riêng của chất lưu, [kg/m3] - µ là độ nhớt động lực học, [Pa.s]
- xo là biên độ dao động [m] - f là biên độ dao động [ hz]
chảy có cấu trúc nút, các khối dao động được tạo ra đối xứng với nhau theo trục của ống. Khi Reo tăng hơn nữa, sự đối xứng bị phá vỡ, dòng chảy bị khuấy trộn mạnh mẽ và hỗn loạn, dòng chảy đạt chế độ xoáy.
- Người ta định nghĩa tỷ số giữa Reo và Ren bằng tỷ số vận tốc ψ:
o n
Re Re
ψ =
- Về bản chất, tỷ số vận tốc ψ là tỷ số giữa vận tốc của dòng chảy dao động và vận tốc của dòng chảy chính.
• Chuẩn số Strouhal tỉ lệ nghịch vớixo và đo sự truyền dòng xoáy. Các giá trị St lớn
ứng với biên độ nhỏ, cho ra sự hình thành dòng xoáy nhỏ. Từ các nghiên cứu có sẵn trong tài liệu, phạm vi được kiểm tra đối với St là ( 0,01 - 9 ) tuy nhiên, phạm vi phổ biến hầu hết được sử dụng là ( 0,15 – 4 ). [28]
Chuẩn số Strouhal (St) đặc trưng cho khả năng lan truyền dao động và được xác định bởi công thức 4 o d St x π = Với: - d là đường kính ống, [m] - xo là biên độ dao động [m] [30]
Tần số dao động (f) và biên độ (xo) là những tham số hoạt động quan trọng nhất trong thiết bị COBR. Tại một giá trị L và do nhất định, thay đổi f và xo cho phép kiểm soát sự
hình thành các khối dao động(theo nghiên cứu của nhà khoa học Gough và đồng nghiệp (1997) trên quá trình trùng hợp polyme). Nghiên cứu của nhà khoa học Zhang (1996) trên hệ phân tán dầu-nước đã chứng minh rằng cả xo và f có ảnh hưởng đáng kể tới sự phân tán trong quá trình trích ly lỏng-lỏng.[22]
Cơ học hỗn hợp xoáy và tốc độ trượt cao trong thiết bị phản ứng trung gian đưa ra sự thể hiện tốt trong hỗn hợp lỏng – lỏng. Biên độ và tần suất dao động khác nhau có thể được sử dụng để điều khiển kích thước giọt như được xem trong hình phía dưới.
A.Các giọt dầu được hình thành bởi sự dao động tại tần suất 6 Hz và biên độ là 2mm B. sự dao động tại tần suất 6 Hz và biên độ 3mm C. dao động tại tần suất 10Hz và biên độ 2mm
Hình 3.4: Biên độ và tần xuất pha lỏng-lỏng [32]
Một nghiên cứu tương tự trên hệ phân tán dầu-nước trong một thiết bị COBR (di= 380 mm) cho thấy f và xo ảnh hưởng đến sự khuấy trộn nhiều hơn so với các thông số hình học khácnhư dovà L. Mức độ phân tán tăng tuyến tính với vận tốc dao động cho đến khi
quả truyền khối trong hệ huyền phù.