بررسي تغييرات نقشه الگوهاي جريان استخراج حلالي ديكلوفناك سديم در سيستم‌هاي ميكروفلوئيديك بر اساس اعداد بدون بعد

Evaluation of flow patterns maps of diclofenac sodium solvent extraction in microfluidic systems based on dimensionless numbers

در اين پژوهش، استخراج حلالي ديكلوفناك از محيط آبي با استفاده از استخراج‌كننده تترا-ان-بوتيل ­آمونيم برومايد (TBAB) در ميكروكانال Y شكل با تاكيد بر الگوهاي جريان دوفازي مورد مطالعه تجربي قرار گرفت. براي بررسي رقابت بين نيروهاي تاثيرگذار بر الگوهاي جريان از اعداد بدون بعد مويينگي، وبر و رينولدز استفاده شده است. مشاهده شد كه در اعداد مويينگي و وبر پايين جريان لخته‌اي تشكيل مي­ شود كه نشان مي‌دهد در سرعت‌هاي كم دو فاز، كشش سطحي نيروي تاثيرگذار بر جريان دو فاز است و ازآن‌جايي­كه نيروي كشش سطحي به‌طورعمود بر سطح عمل مي‌كند، جريان لخته‌اي ايجاد شده است. با افزايش دبي كل از 1/2 تا ml/h 2 كه در گسترده جريان لخته‌اي قرار دارد بازده استخراج از 93 درصد به 90/4 % كاهش يافت. با افزايش دبي كل از 4 تا ml/h 12 جريان لخته‌اي به موازي تبديل شد و بازده استخراج از 64/2 % به 45/2 % كاهش پيدا كرد. با بررسي عملكرد انتقال جرمي ميكروكانال مي‌توان گفت در جريان لخته‌اي هرچه دبي كل بيشتر مي‌شود (از 1/2 تا ml/h 2) چرخش‌هاي داخلي زيادتر مي­شود و در نتيجه مقدار ضريب انتقال جرم از 0/131 به s/1 0/191 افزايش مي‌يابد. در جريان موازي نيز با افزايش دبي از 4 به ml/h 12 به علت كاهش زمان اقامت و افزايش نيرو محركه غلظت، ضريب انتقال جرم از 0/241 به s/1 0/283 افزايش مي‌يابد.

In the present study, the diclofenac (DF) solvent extraction from aqueous solution using tetra-n-butyl ammonium bromide (TBAB) in Y-type microfluidic junctions with liquid−liquid two-phase flow patterns was studied. Reynolds, Weber, and Capillary dimensionless numbers have been used to investigate the competition between forces affecting the flow patterns. In low capillary and Weber numbers, a slug flow is formed, which indicates that at low velocities of two-phase tension is the force affecting the two-phase flow. With increasing the total flow rate from 1.2 mL/h to 2 mL/h, which is in the range of slug flow, the extraction efficiency decreased from 93% to 90.4%. With increasing the total flow rate from 4 mL/h to 12 mL/h, the slug flow became parallel, and the extraction efficiency decreased from 64.2% to 45.2%. By examining the mass transfer function of microchannels, it can be said that the higher the total flow rate (from 1.2 to 2 mL/h), the more the internal rotations increase, and as a result, the mass transfer coefficient increases from 0.131 1/s to 0.191 1/s. In parallel flow, with an increasing flow rate from 4 mL/h to 12 mL/h due to decreasing residence time and increasing the driving force of concentration, the mass transfer coefficient increases from 0.241 1/s to 0.283 1/s.