Гидродинамика и микросмешение в микрореакторах со сталкивающимися струями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Сироткин Алексей Александрович

• Сироткин Алексей Александрович
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Сироткин Алексей Александрович

Стр

12

12

21

21

25

26

28

32

36

40

40

43

52

58

59

66

67

70

73

гидродинамики и микросмешения в МРСС при фиксированном расстоянии до точки столкновения струй

3.3 Описание экспериментальной установки для сопоставительного исследования макро- и микросмешения в реакторе с магнитной мешалкой 65 и в МРСС с общим отбором проб

3.3.1 Исследование макро- и микросмешения в емкости с магнитной мешалкой

3.3.2 Исследование микросмешения в микрореакторе со сталкивающимися струями

3.4 Сравнение четырех вариантов синтеза нанокристаллического BiFeO3 методом соосаждения нитратов железа и висмута раствором №ОИ

3.5 Исследование влияние условий синтеза нанокристаллического GdFeO3 в МРСС на размеры и характеристики частиц

3.6 Исследование процесса синтеза наночастиц ортофосфата лантана

3.7 Выводы по третьей главе 81 Глава 4 Результаты и их обсуждение

4.1 Результаты исследования гидродинамики и микросмешения в МРСС

82

при фиксированном расстоянии до точки столкновения струй

4.1.1 Зависимости концентрации йода в смеси от расходов струй

4.1.2 Анализ влияния числа Рейнольдса на поведение жидкостной пелены и концентрацию в смеси

4.1.3 Анализ влияния времени приготовления раствора и зоны отбора проб на качество микросмешения

4.2 Результаты исследования характера течения жидкостной пелены при различных расстояниях до точки столкновения струй

4.3 Результаты исследования макро- и микросмешения в реакторе с магнитной мешалкой и в МРСС с общим отбором проб

4.3.1 Макро- и микросмешение в реакторе с магнитной мешалкой

4.3.2 Микросмешение в МРСС. Влияние числа Вебера на качество

100

микросмешения

4.4 Результаты сравнения четырех вариантов синтеза

нанокристаллического BiFeO3 методом соосаждения нитратов железа и

висмута раствором NaOH

4.5 Результаты исследования влияния условий синтеза нанокристаллического GdFeO 3 в МРСС на размеры и характеристики

82

86

95

99

120

121

частиц

4.5.1 Влияние концентрации ионов Оё и Бе3+

4.5.2 Влияние температуры исходных растворов

4.5.3 Влияние расходов исходных растворов

4.5.4 Влияние угла между струями МРСС

4.5.5 Функциональные свойства полученного в МРСС GdFeO3 и основные выводы

4.6 Результаты исследования процесса синтеза наночастиц ортофосфата лантана

4.7 Выводы по четвертой главе 132 Глава 5. Методика расчета микрореакторов со свободно сталкивающимися

134

струями

5.1 Последовательность расчета характеристик МРСС

5.2 Пример применения методики расчета МРСС 139 5.2.1 Расчет микрореактора со свободно сталкивающимися струями для

139

синтеза ортоферрита висмута

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гидродинамика и микросмешение в микрореакторах со сталкивающимися струями»

Введение

Актуальность темы исследования. Разработка методов интенсификации различных процессов химических технологий (Process Intensification) является одним из ключевых направлений развития современной химии, как на крупномасштабных производствах (характерные примеры - нефтепереработка, нефтехимия, металлургия), так и в «тонкой» химии - тонком органическом синтезе, получении наноразмерных материалов [1].

Миниатюризация химико-технологического оборудования позволяет осуществить качественный скачок в пространственно-временных масштабах объектов, в которых происходит трансформация вещества [2]. В результате чрезвычайно высокой плотности кинетической энергии потока, диссипируемой в крайне малых объемах смешиваемых растворов (порядка микролитров), достигается беспрецедентно высокое качество микросмешения [3, 4]. Это приводит к получению частиц (кристаллитов) размером 20-50 нм, а в ряде случаев (когда может образоваться несколько продуктов) - к получению чистого продукта в соответствии со стехиометрией (пример - получение чистого ортоферрита висмута BiFeO3 в условиях микрореакторного синтеза, без образования муллита Bi2Fe4O9 или силленита Bi25FeO39, имеющего место при гидротермальном синтезе). Отметим, что уровень энергозатрат при этом не превышает единиц или десятков ватт.

Таким образом, в процессах синтеза оксидных материалов проявляются следующие преимущества микрореакторов: 1) возможность концентрировать энергию в малых объемах при уровне энергозатрат не более десятков ватт позволяет достичь высокой скорости диссипации энергии s

(до 0.54-108 Вт/кг); 2) крайне высокий уровень микросмешения обеспечивает высокую равномерность распределения реагирующих веществ в контактирующих растворах (масштаб времени микросмешения составляет от десятков до сотен микросекунд); 3) вследствие беспрецедентно высокого уровня микросмешения достигается получение чистых продуктов, а за счет кратковременного их контакта можно в известной степени управлять и размером формируемых частиц; 4) с технологической точки зрения немаловажным является непрерывность процесса, достигаемая в проточных аппаратах; 5) существенное сокращение времени синтеза прекурсоров по сравнению с существующими методами (в основном -гидротермальными и их модификациями) - с нескольких десятков часов до нескольких секунд.

Одним из привлекательных вариантов применения микроаппаратов для синтеза наноразмерных частиц является микрореактор со сталкивающимися струями (МРСС) [5,6].

Ранее в МРСС были синтезированы CoFe2O4, BiFeO3, GdFeO3, LaPO4 и ряд других соединений [2-10] с размерами частиц менее 50 нм. По существу, микрореакторный синтез

представляет собой модификацию золь-гель метода, проводимую с крайне высокой степенью микросмешения.

Важной особенностью МРСС является уровень скорости диссипации энергии, достигающий 0.54-10 Вт/кг, что сопоставимо с уровнем, достигаемым в ультразвуковых (УЗВ) аппаратах. При этом в УЗВ аппаратах вводимая энергия быстро затухает по нормали к излучателю; кроме того, в объеме озвучиваемой жидкости энергия диссипируется преимущественно в пучностях стоячих волн.

Полученные в предыдущих работах результаты нуждаются в объяснении с точки зрения влияния гидродинамических условий синтеза на размеры частиц, получаемых непосредственно после «мокрой» фазы процесса. В частности, необходимо было найти объяснение таким факторам, как влияние расхода струй и температуры растворов на размеры получаемых частиц [8].

Глобальная задача комплексных исследований, которые должны проводиться совместно со специалистами по физикохимии наноструктурированных материалов, заключается в определении условий, способствующих получению наноразмерных частиц заданного состава и структуры при использовании следующих стадий: 1) микрореакторного смешения реагентов; 2) сепарацией образовавшегося продукта от жидкой фазы; 3) промывки продукта; 4) термообработки продукта. На характеристики готового продукта, очевидно, влияет каждая из стадий процесса; по этой причине необходимо исследовать роль каждой из стадий. Сложность и многообразие факторов, влияющих на образование наночастиц, начиная от гидродинамической обстановки при микроперемешивании растворов, условий нуклеации, агрегации частиц и роста кристаллитов, включая влияние концентрации реагентов, pH растворов, температуры и скорости изменения температуры, длительности процесса, химического состава среды и других условий фазообразования, определяет комплексный характер задачи в целом. Для каждой стадии процесса синтеза необходимо выделить наиболее значимые факторы и изучить их влияние на характеристики промежуточных продуктов и, в конечном счете - на свойства целевого продукта.

В опубликованной литературе систематических исследований характеристик микросмешения в МРСС, а также их влияния на свойства получаемых продуктов синтеза найти не удалось.

В результате анализа литературы [11-17] было выявлено, что наиболее подходящими для анализа микросмешения в МРСС, обладающего высокими значениями в методами являются два: 1) Каталитическая реакция гидролиза 2,2-диметоксипропана (ДМП) [5, 17]; 2) йодид-иодатная методика [11-16].

В данной диссертационной работе для исследования микросмешения была выбрана йодид-иодатная методика.

Разрабатываемая в этой работе технология относится к новому направлению «мокрого синтеза». Первое упоминание данного термина в первоначальном значении относится к работе «Branched metal nanoparticles: a review on wet-chemical synthesis and biomedical applications», посвященной созданию биосовместимых наноматериалов и новых методов энергоэффективных и экологически безопасных методов синтеза.

Данное технологическое направление включает в себя использование микрореакторов разного типа для синтеза таких оксидных наноразмерных соединений как феррит гадолиния, феррит висмута, феррит кобальта, фосфат лантана и диоксид титана, и этот перечень может быть продолжен. В данной работе выполнено исследование микрореактора со сталкивающимися струями. Перечисленный список синтезируемых соединений покрывает широкий спектр потребностей в производстве наноразмерных материалов нескольких отраслей, причем микрореакторный синтез является энерго- и ресурсосберегающим. Ферриты, синтезируемые в микрореакторе со сталкивающимися струями, имеют потенциал использования в электротехнике. Ферриты, переходя в наноразмерную область, начинают проявлять магнитные и сегнетоэлектрические свойства, поэтому они ведут себя не только как ферромагнетики и сегнетоэлектрики, но могут проявлять новые свойства, благодаря чему эти материалы в будущем можно с успехом использовать в магнитной памяти и спинтронике. Одно из синтезированных нами соединений - феррит гадолиния GdFeO3 - может использоваться в медицинской диагностике как контрастный агент для проведения исследований МРТ, но к нему предъявляются серьезные требования по верхнему пределу размеров (не более 25-30 нм). Как и в случае с ферритом висмута BiFeO3, получаемые частицы феррита гадолиния GdFeO3 из-за своих размеров проявляли развитые магнитные свойства, которые могут свидетельствовать о переходе частиц в состояние, в котором проявляются свойства мультиферроика. Однако перечень применения данного метод синтеза не исчерпывается только синтезом наноразмерных оксидных ферритов. Были получены наноразмерные частицы фосфата лантана, который, в свою очередь, может служить сырьем для изготовления огнеупорной керамики с высокими механическими свойствами. Сам же получаемый нами промежуточный продукт - коллоидный раствор, содержащий фосфат лантана в сингонии рабдофана, представляет большой интерес для исследования его реологических свойств при отсутствии допирования другими элементами. При дополнении данной композиции другими элементами можно получить стабилизированную коллоидную структуру с перспективами создания высокопрозрачного и атермического материала в электрооптических устройствах.

Важно отметить, что данный метод, благодаря относительно высокой производительности, позволяет осуществлять относительно простой переход к получению наночастиц в промышленном масштабе. При характерной производительности по каждой фазе порядка 400 мл/мин, что соответствует почти 1200 л/сут, при концентрации твердой фазы 30 г/л производительность по твердому составит более 34 кг/сут.

Работа выполнялась при финансовой поддержке программы «УМНИК» и гранта РФФИ № 19-33-90299 «Аспиранты».

Степень разработанности темы исследования. Работа над струйными распылителями со сталкивающимися струями достаточно велась в 1950-х годах Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), для образования тонкодисперсных капель топлива и окислителя в камере сгорания двигателей ракетоносителей. Изначально принцип сталкивающихся струй рассматривался как один из вариантов распыления - атомизации. Первые попытки использовать данный принцип микросмешения были предприняты в 1980-х, при этом использовались главным образом реакторы с затопленными струями. Такой вариант использования сталкивающихся струй нашел интерес в производстве полимеров. В последние 5-7 лет стали появляться некоторые результаты исследований реакторов со свободно сталкивающимися струями и устоявшаяся формулировка в английском языке для данных аппаратов - Free Impinging Jets Reactors (FIJR).

Цель и задачи работы. Цель работы - разработка микрореактора со сталкивающимися струями для получения наноразмерных частиц неорганических материалов при эффективном смешении растворов (в том числе на микроуровне) и создание инженерной методики его расчета.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка многофункциональной лабораторной установки для исследования процессов гидродинамики и микросмешения в микрореакторе со сталкивающимися струями (МРСС).

2. Разработка математической модели для описания гидродинамики жидкостной пелены: толщины, размеров, объема всей пелены и зоны столкновения, удельной скорости диссипации энергии s. Теоретическая оценка колмогоровских масштабов времени и длины. Теоретическая оценка увеличения температуры в жидкостной пелене.

3. Экспериментальное исследование формы жидкостной пелены, характера течения в ней и условий ее распада.

4. Экспериментальное исследование качества микросмешения в жидкостной пелене (с помощью йодид-иодатной методики).

5. Поиск оптимальных режимов работы МРСС и определение наиболее эффективных конструктивных параметров: угла между струями 20, расстояния между соплами,

диаметра сопел, обеспечивающих стабильность рабочего режима работы установки, а в перспективе - узкий диапазон распределения размеров получаемых частиц.

6. Определение зависимости качества микросмешения (выраженного в виде индекса сегрегации Х8) от геометрии аппарата, физико-химических свойств среды и скорости струй.

7. Проверка пригодности МРСС для эффективного проведения быстропротекающих химических реакций (на примерах синтеза наночастиц В1Бе03, 0ёБе03, ЬаР04).

8. Оценка количественных характеристик МРСС: время пребывания частиц в активной зоне реактора, удельная скорость диссипации, время, затрачиваемое на созревание частиц и формирование агломератов, состоящих из отдельных частиц и кристаллитов в условиях непрерывного цикла производства и постоянного процесса отведения продукта.

9. Определение экспериментальной зависимости индекса сегрегации X от удельной скорости диссипации энергии в; определение оптимальных условий работы микрореакторного оборудования.

10. Сопоставительный анализ МРСС с другими типами реакторов - с одной и двумя затопленными струями, с УЗВ облучением раствора, с использованием магнитной мешалки.

11. Построение инженерной методики расчета реакторов со сталкивающимися струями на основе проведенных исследований.

Научная новизна. Разработана математическая модель гидродинамики жидкостной пелены: толщины, размеров, объема всей пелены и зоны столкновения, удельной скорости диссипации энергии в.

Установлено влияние на характеристики (состав, размеры) частиц, получаемых при соосаждении в МРСС параметров процесса: скорости, угла между струями, концентрации растворов и физических свойств используемых жидкостей.

Подтверждена возможность реализации непрерывного высокоэффективного микросмешения для получения наночастиц при соосаждении в МРСС (реакции осаждения).

Получены экспериментальные зависимости качества микросмешения в МРСС непрерывного действия от конструктивных параметров реактора и технологических параметров процесса (температура, скорость подачи растворов).

Осуществлен микрореакторный синтез наноразмерных частиц оксидных материалов (В1Бе03, 0ёБе03, ЬаР04) в МРСС, определены характеристики частиц.

Теоретическая и практическая значимость работы. Проведенные экспериментальные исследования показали более эффективное осуществление процесса микросмешения в микрореакторе со сталкивающимися струями, по сравнению с традиционными реакторами. Более эффективное микросмешение при проведении быстропротекающих реакций позволило исключить образование примесных фаз, которые могут образовываться при нарушении

стехиометрического соотношения при контакте двух фаз. Это позволяет избежать снижения затрат исходных реактивов, а также исключить проблемы с отделением нужного продукта. Кроме того, возможность тонкого управления технологическими параметрами (температура, рН, состав) в микрореакторе позволяет непрерывно контролировать свойства получаемого продукта в заданных пределах.

Полученные данные по интенсификации процесса микросмешения в микрореакторе со сталкивающимися струями могут представлять интерес для применения на производстве наноразмерных оксидных материалов, где требуется точное соответствие состава, структуры и размеров (а в конечном счете - свойств) получаемых частиц технологическому регламенту. Данное решение позволяет заменить автоклавы непрерывного и периодического действия, на более дешевое и производительное оборудование. Использование МРСС в ряде случаев позволяет многократно снизить энергические затраты и повысить эффективность всего участка производства оксидных материалов. Полученные результаты могут быть относительно просто (т.к. не требуется масштабный переход) перенесены на промышленный уровень.

Методология и методы исследования. Методологическую основу исследования составили методы физического и математического моделирования, а также элементы статистики. Теоретической базой послужили работы отечественных и зарубежных исследователей в области химической технологии. Методами исследования являлись физические (исследование гидродинамики и микросмешения) и химические (синтез наноразмерных частиц) эксперименты. В работе применялась программа Microsoft Excel и многофункциональная программа научных расчетов MathCad.

Гидродинамические характеристики процесса в микрореакторе (режимы течения, механизмы формирования и размеры пелены, стадии образования лигаментов и капель) были определены путем анализа большого массива цифровых фотографий высокого разрешения, полученных при помощи профессиональной фотоаппаратуры Canon (фотокамера EOS D40 с макрообъективом Canon 60/f 2,8 macro и фотовспышкой Canon Speedlight 580EX). Расходы фаз определялись при помощи турбинных расходомеров VISION® 1005 2F66, сигнал с которых преобразовывался при помощи аналого-цифрового преобразователя L-Card E14-140, обрабатывался и регистрировался при помощи ноутбука с программным обеспечением PowerGraph. Исследование качества микросмешения осуществлялось с использованием йодид-иодатной методики, полученные образцы проб анализировались с помощью спектрофотометра СФ-2000 в УФ-диапазоне. Полученные в ходе синтеза образцы наночастиц исследовались на оборудовании Инжирингового центра СПбГТИ (ТУ) (рентгенофазовый анализ, метод динамического светорассеяния, сканирующая электронная микроскопия, элементный анализ и другие методы).

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты исследования условий формирования пелены, обеспечивающих высокое качество микросмешения в ней; оптимальные конструктивные параметры аппарата для создания непрерывного процесса смешения двух сталкивающихся струй растворов прекурсоров;

2. Результаты исследования микросмешения в микрореакторе со сталкивающимися струями, сравнение эффективности микрореактора для проведения процессов соосаждения с емкостными аппаратами;

3. Теоретическая оценка изменения температуры в жидкостной пелене при диссипации механической энергии.

4. Инженерная методика расчета микрореакторов со сталкивающимися струями для проведения химических процессов при смешении водных растворов прекурсоров.

Степень достоверности и апробация результатов. Степень достоверности полученных в диссертационной работе результатов обеспечивается значительным объемом экспериментальных данных и подтверждается хорошей сходимостью полученных зависимостей с результатами численных и теоретических расчетов, а также с данными, найденными в литературе по тематике исследования. Кроме того, достоверность обеспечивается использованием современных измерительных приборов и оборудования.

Апробация результатов. Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены на международных и всероссийских конференциях:

- Международный конгресс The 12th European Congress of Chemical Engineering ECCE-12, Florence, 2019;

- Научно-техническая конференция молодых ученых «Неделя науки», СПбГТИ, 2019 г.;

- III Всероссийская конференция «Горячие точки химии твердого тела: от новых идей к новым материалам» Новосибирск, 2019 г.;

- Всероссийская научная конференция с международным участием «Традиции и Инновации», СПбГТИ, 2019 г.;

- Всероссийская конференция с международным участием XXI Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. 2019 г.;

- Международный конгресс 13 th ECCE and 6th ECAB, Berlin, 2021;

- Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых ChemReactor-24, Milan, 2021.

Глава 1. Аналитический обзор литературы по смешению и микрореакторам, используемым для растворного синтеза

1.1 Понятия макро-, мезо- и микросмешения

Принято различать три уровня (масштаба) перемешивания - макро-, мезо- и микросмешение [18-22].

Макросмешение соответствует масштабу аппарата в целом. Оно определяет условия переноса вещества крупномасштабной конвекцией по всем объему течения в реакторе, т.е. средней скоростью движения макрообъемов. Основной характеристикой макросмешения является кривая распределения времени пребывания. По существу, время пребывания характеризует продолжительность нахождения макрообъемов жидкости от точки ввода в аппарат до точки вывода из него. В то же время, именно такое движение отвечает за перенос макрообъемов жидкости от зон без перемешивания к зонам с высокой скоростью диссипации энергии. Простой пример - циркуляционное течение в реакторе с пропеллерной или турбинной мешалкой.

Мезосмешение имеет место на промежуточном уровне и отвечает за крупномасштабный турбулентный перенос между вводимым в аппарат энергонесущим потоком (например, в виде струи) и окружающей его средой. Быстрая химическая реакция обычно протекает вблизи точки ввода (зона «питания», ввода «свежего» потока), формирующей «облако» (сгусток, англ.: plume, blob) с высокой концентрацией продукта вокруг вводимого потока. Это облако является промежуточным масштабом между уровнем микросмешения и размером реактора. Пространственная эволюция облака может быть идентифицирована как процесс турбулентной диффузии. Другой аспект мезосмешения относится к инерционно-конвективному процессу дезинтеграции больших вихрей, и характеризуется почти полным отсутствием влияния молекулярной диффузии. С другой стороны, инерционно-конвективное перемешивание оказывает влияние на процессы микросмешения. Полное понимание и точное описание инерционно-конвективного перемешивания пока отсутствует. В качестве количественных характеристик мезосмешения используют кинетическую энергию турбулентности к, масштаб длины турбулентных флуктуаций L, и их сочетание, выраженное коэффициентом турбулентной диффузии D t. Вместе с тем, мезосмешение зависит и от конкретных условий, таких как диаметр трубы, отношение скоростей питания и средней скорости среды в аппарате.

Микросмешение - последний этап перемешивания в традиционных аппаратах, состоит из вязко-конвективной деформации элементов жидкости, который ускоряет распад агрегатов жидкости вплоть до диффузионного масштаба [23]. Селективность реакций в конечном счете зависит от микросмешения, т.е. от того, как перемешиваются реагенты на молекулярном уровне

[20]. Этот механизм влечет за собой вовлечение (англ.: "engulfment") и деформацию вихрей колмогоровского масштаба X к, и является лимитирующим процессом в уменьшении локальных градиентов концентрации. Количественными характеристиками являются время микросмешения, связанное со скоростью диссипации энергии в [19]: чем выше в, тем лучше микросмешение и выше селективность быстропротекающих реакций.

т ;.[ккро » тя = 17^ - ^

Рисунок 1.1 - Уровни микросмешения в химической технологии

1.2 Критерии сравнения микрореакторов

Перемешивание существенным образом влияет на протекание сложных химических реакций. Активные и пассивные методы микросмешения - одно из направлений интенсификации процессов в химии и химической технологии. Микросмесители, активно разрабатываемые в последние два десятилетия [17, 24], являются не только средством тонкого смешения растворов, но и мощным инструментом для проведения химических реакций, поскольку способны обеспечить равномерность распределения реагентов в реакционной зоне, близкую к идеальной. Как было показано в недавних работах [25-28], это приводит к получению продуктов в соответствии со стехиометрией реакций, а вероятность возникновения побочных продуктов снижается практически до нуля.

Оценка эффективности микросмесителей по селективности реакций уже стало своеобразным стандартом оценки их качества [29]: чем выше качество микросмешения, т.е.

ниже вероятность протекания побочных реакций, тем выше селективность процесса синтеза целевого продукта. В то же время, задача предсказания влияния перемешивания на селективность является комплексной, и пока что плохо поддается точной количественной оценке. При этом, как показано в работе [29], именно удельная скорость диссипации энергии, практически независимо от геометрии аппарата, является ключевым параметром, от которого зависит эффективность микрореактора.

В данной работе описаны особенности и перспективы применения микрореакторов со сталкивающимися струями (далее - МРСС). В частности, в недавних работах показано, что МРСС является удобным средством для управляемого синтеза наночастиц в условиях методов «мягкой» химии. Синтез нанокристаллических частиц проходит либо непосредственно в самом микрореакторе (при комнатной температуре и атмосферном давлении), как, например, при формировании CoFe2O4 [25], LaPO4 [30] или с последующей термической обработкой -например, при получении BiFeO3 [27, 29], GdFeO3 [31].

МРСС известны, по крайней мере, с 1950-х, когда они использовались NACA для образования тонкодисперсных капель топлива в камере сгорания жидкостных ракетных двигателей [32-34], т.е. изначально МРСС рассматривалось как средство для образования капель («атомизации») [35, Зб]. Отметим, что в этом случае рассматривались свободно сталкивающиеся струи. Уже в 1990-х были предприняты первые попытки использования данного принципа для проведения быстропротекающих реакций, главным образом реакции осаждения, появились реакторы со свободно сталкивающимися струями - Free Impinging Jets Reactors (FIJR).

В 1960-х было разработано математическое описание формы жидкостной пелены, образующейся при столкновении двух струй (рисунок 1.2) [37], которое впоследствии было подвергнуто пересмотру и уточнению [3 B].

2â

4 = 0

Рисунок 1.2 - Схема образования жидкостной пелены при столкновении свободно

сталкивающихся струй [36]

Позднее, в 1980-х появились работы по применению микрореакторов со струями, сталкивающимися в ограниченном пространстве (стесненные струи) - Confined Impinging Jets Reactors (CIJR, рисунок 1.3). Такой вариант использования сталкивающихся струй нашел интерес в производстве полимеров [39-41]. Сам процесс литья полимеров при смешении в МРСС стали называть в литературе «reaction injection moulding» (RIM) [42]. При столкновении струй в замкнутом объеме (примеры размеров: диаметр струй d = 0,5 мм, диаметр камеры смешения D = 2 мм [27], d = 1,5 мм, D = 10 мм [44]) в зоне столкновения струй образуются мощные вихри, которые распространяются по объему камеры смешения, которые совершают колебания (рисунок 1.4). В этом направлении выполнено довольно много исследований, включая фундаментальные работы [45-46], а также оригинальные исследования по автоколебаниям, возникающим в реакторе со стесненными струями [47-48], в том числе с индуцированными резонансными колебаниями, когда потоки в реактор вводились со скоростями модулированными гармоническими колебаниями [49]. Средняя скорость струй составляла 3,33 м/с, а амплитуда колебаний скорости - от 0,25 до 1 от средней скорости. Показано, что частота f осцилляций струй, близкая к собственной частоте колебаний системы (ф = 200 Гц), приводит к ярко выраженному осцилляторному поведению в зоне столкновения струй и к образованию более регулярной структуры в системе. Наиболее быстрое смешение достигается в двух случаях: 1) противофазные колебания струй с большой амплитудой

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сироткин Алексей Александрович, 2023 год

Список литературы

1. Stankiewicz A. I. Process intensification: Transforming chemical engineering/ A. I. Stankiewicz, J.A. Moulijn // Chem. Eng. Progress. - 2000. - V. 96 (1). - P. 22-33.

2. Абиев Р.Ш. Микросмесители и микрореакторы со сталкивающимися струями: современное состояние и перспективы применения в химической технологии наноматериалов (обзор)/ Р.Ш. Абиев // Теор. основы хим. технол. - 2020. - Т. 54, № 6. - С. 668-686. DOI: 10.31857/S0040357120060019

3. Formation of nanocrystalline BiFeO3 during heat treatment of hydroxides co-precipitated in an impinging-jets microreactor/ O.V. Proskurina, R.S. Abiev, D.P. Danilovich [et al.]// Chem. Eng. Proc. - 2019. - V. 143. - 107598. DOI: 10.1016/j.cep.2019.107598

4. Formation of BiFeO3 Nanoparticles Using Impinging Jets Microreactor/ O.V. Proskurina, I.V. Nogovitsin, T.S. Il'ina [et al.]// Russian Journal of General Chemistry. - 2018. - V. 88, No. 10. - P. 2139-2143. DOI: 10.1134/S1070363218100183

5. Johnson B.K. Chemical processing and micromixing in confined impinging jets/ B.K. Johnson, R.K. Prud'homme// AIChE J. - 2003. - V. 49. - P. 2264-2282.

6. Способ получения нанопорошков феррита кобальта и микрореактор для его реализации: пат. 2625981 РФ №, Б.И. 20. Абиев Р.Ш., Альмяшева О.В., Гусаров В. В., Изотова С. Г. ; заявитель и патентообладатель Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет). № 2016137231. Заявл. 16.09.2016; опубл. 20.07.2017, Бюл. № 20. - 19 с.

7. Formation of rhabdophane structured lanthanum orthophosphate nanoparticles in an impinging jets microreactor and rheological properties of sols based on them/ O.V. Proskurina, E.V. Sivtsov, A. A. Sirotkin [et al.]// Nanosyst: Phys, Chem, Math. - 2019. - V. 10 (2). - P. 206-214. DOI 10.17586/222080542019102206214

8. Албади Я. Синтез суперпарамагнитных наночастиц GdFeO3 с использованием микрореактора со свободно сталкивающимися струями/ Я. Албади, А.А. Сироткин, В.Г. Семенов [и др.]// Известия Академии наук. Серия химическая. - 2020. - № 7. - С. 1290-1295.

9. Ravi Kumar D.V. Impinging Jet Micromixer for Flow Synthesis of Nanocrystalline MgO: Role of Mixing/Impingement Zone /D.V. Ravi Kumar, B.L.V. Prasad, A.A. Kulkarni// Ind. Eng. Chem. Res. - 2013. - V. 52. - P. 17376. doi 10.1021/ ie402012x

10. Microfluidic synthesis of polymer and inorganic particulate materials / J.I. Park, A. Saffari, S. Kumar [et al.]// Annu. Rev. Mater. Res. - 2010. - V. 40. - P. 415-443.

11. Jasinska M. Test reactions to study efficiency of mixing / M. Jasinska// Chem. Process Eng. - 2015. - V. 36, № 2. - P. 171-208.

12. Fournier C. A new parallel competing reaction system for assessing micromixing efficiency - experimental approach/ C. Fournier, L. Falk, Villermaux J.// Chem. Eng. Sci. - 1996. - V. 22. - P. 5053-5064.

13. Falk L. Performance comparison of micromixers/ L. Falk, J.M. Commenge // Chem. Eng. Sci. - 2010. - V. 65. - P. 405-411. doi:10.1016/j.ces.2009.05.045

14. Commenge J.-M. Villermaux-Dushman protocol for experimental characterization of micromixers/ J.-M. Commenge, L.Falk// Chem Eng. Proc. - 2011. - V. 50. - P. 979- 990. doi:10.1016/j.cep.2011.06.006

15. Guichardon P. Characterisation of micromixing efficiency by the iodide-iodate reaction system. Part I: experimental procedure / P. Guichardon, L. Falk// Chem. Eng. Sci. - 2000. - V. 55. - P. 4233-4243. DOI: 10.1016/S0009-2509(00)00068-3.

16. Guichardon P. Characterisation of mixing efficiency by the iodide/iodate reaction system. Part 2. Kinetic study/ P. Guichardon, P. Falk, J. Villermaux// Chem. Eng. Sci. - 2000. V. 55. -P. 4243-4245. DOI: 10.1016/S0009-2509(00)00069-5.

17. Hessel V. Micromixers—a review on passive and active mixing principles/ V. Hessel, H. Lowe, F. Schonfeld// Chem. Eng. Sci. - 2005. - V. 60. - P. 2479 - 2501.

18. Baldyga J. Transport phenomena and hydrodynamics of complex flows/ J. Baldyga, J.R. Bourne// In: Cheremisinoff, N.P. (Ed.), Encyclopedia of Fluid Mechanics, vol. 1. Gulf Publishing Company, Houston, TX. - 1986. - 376 p.

19. Baldyga J. Interactions between mixing on various scales in stirred tank reactors/ J. Baldyga, J.R. Bourne // Chem. Eng. Sci. - 1992. - V. 47. - P. 1839 - 1848.

20. Baldyga J. Bourne J. R. Turbulent Mixing and Chemical Reactions/ J. Baldyga// Chichester: Wiley, 1999. - 864 p.

21. Fournier M.C. A new parallel competing reaction system for assessing micro-mixing efficiency - Experimental approach/ M.C. Fournier, L. Falk, J. Villermaux // Chem. Eng. Sci. - 1996.

- V. 22. - P. 5053-5064. DOI: 10.1016/0009-2509(96)00270-9

22. Static mixers: Mechanisms, applications, and characterization methods - A review/ A. Ghanem, T. Lemenand, D. Della Valle, H. Peerhossaini// Chemical Engineering Research and Design.

- 2014. - V. 92. - P. 205-228

23. Baldyga J. Simplification of micro-mixing calculations: I. Derivation and application of a new model/ J. Baldyga, J.R. Bourne //Chem. Eng. J. - 1989. - V. 42. - P. 83-92.

24. Micromixing Within Microfluidic Devices/ L. Capretto, W. Cheng, M. Hill, X. Zhang // Top. Curr. Chem. - 2011. - V. 304. - P. 27-68. DOI: 10.1007/128_2011_150.

25. Synthesis of cobalt ferrite nanoparticles by means of confined impinging-jets/ R.S. Abiev, O.V. Almyasheva, S.G. Izotova, V.V. Gusarov // J. Chem. Tech. App. - 2017. - Vol. 1, No 1. -P. 7-13.

26. Способ получения нанопорошков феррита кобальта и микрореактор для его реализации: пат. 2625981 РФ №, Б.И. 20. Абиев Р.Ш., Альмяшева О.В., Гусаров В.В., Изотова С.Г.; заявитель и патентообладатель Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет). № 2016137231. Заявл. 16.09.2016; опубл. 20.07.2017, Бюл. № 20. - 19 с.

27. Формирование наночастиц BiFeO3 с использованием струйного микрореактора/ О.В. Проскурина, И.В. Ноговицин, Т.С. Ильина [и др.] // Журнал общей химии. - 2018. - Т. 88, №10. - С. 1699-1704.

28. Formation of nanocrystalline BiFeO3 during heat treatment of hydroxides co-precipitated in an impinging-jets microreactor/ O.V. Proskurina, R.S. Abiev, D.P. Danilovich [et al.]// Chem. Eng. & Proc.: Process Intensification. - 2019. - V. 143. - 107598 DOI: 10.1016/j.cep.2019.107598

29. Falk L. Performance comparison of micromixers/ L. Falk, J.-M. Commenge// Chem. Eng. Sci. - 2010. - V. 65. - P. 405-411. DOI: 10.1016/j.ces.2009.05.045.

30. Formation of rhabdophane structured lanthanum orthophosphate nanoparticles in an impinging jets microreactor and rheological properties of sols based on them / O.V. Proskurina, E.V. Sivtsov, A. A. Sirotkin [et al.]// Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. - 2019. - V. 10 (2). -P. 206-214. DOI 10.17586/222080542019102206214

31. Synthesis of superparamagnetic GdFeO3 nanoparticles using a free impinging-jets microreactor/ Y. Albadi, A.A. Sirotkin, V.G. Semenov [et al.]// Russ. Chem. Bulletin. - 2020. - V. 69(7). - P. 1290-1295. DOI: 10.1007/s11172-020-2900-x

32. Heidmann M.F. Fluctuations in a Spray Formed by Two Impinging Jets/ M.F.Heidmann, J.C. Humphrey // NACA TN. - 1951. - No. 2349.

33. Heidmann M.F. A Study of Sprays Formed by Two Impinging Jets/ M.F. Heidmann, R.J. Priem, J.C. Humphrey// NACA Technical Note. - 1957. - No. 3835.

34. Ashgriz N. Mixing Mechanisms in a Pair of Impinging Jets/ N. Ashgriz, W. Brocklehurst, D. Talley // J. Propul. Power. - 2001. - V. 17. - No. 3. - P. 736-750. DOI 10.2514/2.5803

35. Atomization Characteristics of Impinging Liquid Jets/ H.M. Ryan, W.E. Anderson, S. Pal, R.J. Santoro// Journal of Propulsion and Power. - 1995. - V.11, No. 1. - P. 135-145.

36. Ashgriz Ed. N. Impinging Jet Atomization/ Ed. N. Ashgriz// Handbook of Atomization and Sprays. - 2011. - V. 30. - P. 685-705. doi 10.1007/978-1-4419-7264-4_30

37. Hasson D. Thickness distribution in a sheet formed by impinging jets/ D. Hasson, R.E. Peck // AIChEJ. - 1964. - V. 10, No. 5. - P. 752-754.

38. Ibrahim E. Impinging jets atomization/ E. Ibrahim, A. Przekwas// Phys. Fluids A. -1991. - V. 3. - P. 2981-2990.

39. Impingement Mixing in Reaction Injection Molding/ L.J. Lee, J.M. Ottino, W.E. Ranz, C.W. Macosko// Polymer Engineering and Science. - 1980. - V. 20. - P. 868-874.

40. Tucker C. L. Mixing for Reaction Injection Molding. I. Impingement Mixing of Liquids/ C.L. Tucker, N.P. Suh// Polymer Engineering and Science. - 1980. - V. 20. - P. 875-884.

41. Nguyen L. T. Processing of Polyurethane/Polyester Interpenetrating Polymer Networks by Reaction Injection Molding: Part II. Mixing at High Reynolds Numbers and Impingement Pressures/ L.T. Nguyen, N.P. Suh// Polymer Engineering and Science. - 1986. - V. 26. - P. 799-807.

42. Santos R.J. Study of mixing and chemical reaction in RIM/ R.J. Santos, A.M. Teixeira, J.C.B. Lopes //Chemical Engineering Science. - 2005. - V. 60. - P. 2381 - 2398.

43. Metzger L. On the mixing in confined impinging jet mixers - Time scale analysis and scale-up using CFD coarse-graining methods / L. Metzger, M. Kind// Chem. Eng. Res. & Des. - 2016. - V. 109. - P. 464-476.

44. Flow imbalance and Reynolds number impact on mixing in Confined Impinging Jets/ C P. Fonte, M.A. Sultan, R.J. Santos [et al.]// Chemical Engineering Journal. - 2015. - V. 260. - P. 316-330.

45. Macosko C.W. RIM, Fundamentals of Reaction Injection Moulding/ C.W. Macosko// Munich: Hanser. - 1989.

46. Johnson B.K. Chemical processing and micromixing in confined impinging jets/ B.K. Johnson, R.K. Prud'homme// AIChE J. - 2003. - V. 49. - P. 2264-2282.

47. Johnson D.A. Self-sustained oscillations in opposed impinging jets in an enclosure/ D.A. Johnson, P. Wood// Can. J. Chem. Eng. - 2000. - V. 78. - P. 867-875.

48. Hydrodynamics of the Mixing Chamber in RIM: PIV Flow-Field Characterization/ R.J. Santos, E. Erkoc, M M. Dias [et al.]// AIChE Journal. - 2008. - V. 54, No. 5. - P. 1153-1163. DOI 10.1002/aic.11472

49. Numerical study of active mixing over a dynamic flow field in a T-jets mixer— Induction of resonance/ E. Erkoc, C.P. Fonte, M.M. Dias [et al.]// Chem. Eng. Res. Design. - 2016. -V. 106. - P. 74-91. doi 10.1016/j.cherd.2015.12.002

50. Tao J. Application of Flash Nanoprecipitation to Fabricate Poorly Water-soluble Drug Nanoparticles / J. Tao, S.F. Chow, Y. Zheng // Acta Pharmaceutica Sinica B. - 2019. - V. 9 (1). - P. 4-18. doi:10.1016/j.apsb.2018.11.001

51. Bayareh M. Active and passive micromixers: A comprehensive review/ M. Bayareh, M.N. Ashani, A. Usefian// Chem. Eng. Proc.: Process Intensification. 2020. V. 147. 107771. DOI: 10.1016/j.cep.2019.107771

52. Hong C.C. A novel in-plane microfluidic mixer with modified Tesla structures/ C.C. Hong, J.W. Choi, C.H. Ahn// Lab Chip. - 2004. - V. 4. - P. 109-113. DOI: 10.1039/B305892A

53. Local and overall heat transfer of exothermic reactions in microreactor systems/ E. Mielke, P. Plouffe, N. Koushik [et al.]//React. Chem. Eng. - 2017. - V. 2. - P. 763-775. DOI: 10.1039/c7re00085e

54. A Review on Micromixers/ G. Cai, L. Xue, H. Zhang, J. Lin// Micromachines. - 2017. - V. 8. - P. 274-291; doi:10.3390/mi8090274

55. Microfluidic synthesis of polymer and inorganic particulate materials/ J.I. Park, A. Saffari, S. Kumar [et al.]//Annu. Rev. Mater. Res. - 2010. - V. 40. - P. 415-443.

56. Ravi Kumar D.V. Impinging Jet Micromixer for Flow Synthesis of Nanocrystalline MgO: Role of Mixing/Impingement Zone/ D.V. Ravi Kumar, B.L.V. Prasad, A.A. Kulkarni// Ind. Eng. Chem. Res. - 2013. - V. 52. - 17376. doi 10.1021/ie402012x

57. Marchisio D. L. Design and scale-up of chemical reactors for nanoparticle precipitation/ D.L. Marchisio, L. Rivautella, A.A. Barresi// AIChE J. - 2006. - V. 52 (5). - P. 1877-1887.

58. Casanova H. Synthesis of calcium carbonate nanoparticles by reactive precipitation using a high pressure jet homogenizer/ H. Casanova, L.P.Higuita// Chem. Eng. J. - 2011. - V. 175. -P. 569-578.

59. Hacherl J. M. Investigation of impinging-jet crystallization with a calcium oxalate model system/ J.M. Hacherl, E.L. Paul, H.M. Buettner// AIChE J. - 2004. - V. 49 (9). - P. 2352-2362.

60. Demyanovich R. J. Rapid micromixing by the impingement of thin liquid sheets. 1. A photographic study of the flow pattern. / R.J. Demyanovich, J.R. Bourne//Ind. Eng. Chem. Res. -1989. - V. 28 (6). - P. 825-830.

61. Demyanovich R. J. Rapid micromixing by the impingement of thin liquid sheets. 2. Mixing study/ R.J. Demyanovich, J.R. Bourne// Ind. Eng. Chem. Res. - 1989. - V. 28 (6). - P. 830-839.

62. Li R. Characteristics of liquid sheets formed by two impinging jets/ R. Li, N. Ashgriz//Phys. Fluids. - 2006. - V. 18. - 087104.

63. Dombrowski N. A study of the sprays formed by impinging jets in laminar and turbulent flow/ N. Dombrowski, P. C. Hooper, //J. Fluid Mech. - 1964. - V. 18. - P. 392-403.

64. Huang J.C.P. The breakup of axisymmetric liquid sheets/ J.C.P. Huang// J. Fluid Mech. - 1970. - V. 43. - P. 305-311.

65. Y.-J. Choo The velocity distribution of the liquid sheet formed by two low-speed impinging jets/ Y.-J. Choo, B.-S. Kang // Physics of fluids. - 2002. - V. 14. - P. 622-627. DOI: 10.1063/1.1429250

66. Kolmogorov A.N. On the disintegration of drops in a turbulent flow/ A.N. Kolmogorov// Dokl. Akad. Nauk SSSR. - 1949. - V. 66. - P. 825-828.

67. Baldyga J. Non-isothermal micromixing in turbulent liquids: Theory and experiment. / J. Baldyga, J.R. Bourne, B.Walker// Can. J. Chem. Eng. - 1998. - V. 76. - P. 641-649. DOI: 10.1002/cjce.5450760336.

68. Baldyga J. Comparison of the engulfment and the interaction-by-exchange-with-the-mean micromixing models/ J. Baldyga, J.R. Bourne// Chem. Eng. J. - 1990. - V. 45. - P. 25-31. DOI: 10.1016/0300-9467(90)80022-5

69. Guichardon P. Characterisation of micromixing efficiency by the iodide-iodate reaction system. Part I: Experimental procedure/ P. Guichardon, L. Falk// Chem. Eng. Sci. - 2000. - V. 55. - P. 4233-4243. DOI: 10.1016/S0009-2509(00)00068-3.

70. Guichardon P. Characterisation of mixing efficiency by the iodide/iodate reaction system. Part 2. Kinetic study/ P. Guichardon, P. Falk, J. Villermaux// Chem. Eng. Sci. - 2000. - V. 55.

- P. 4243-4245. DOI: 10.1016/S0009-2509(00)00069-5.

71. Kölbl A. The iodide iodate method to characterize microstructured mixing devices/ A. Kölbl, M. Kraut, K. Schubert// AIChE J. - 2008. - V. 54. - P. 639-645. DOI: 10.1002/aic.11408.

72. Kölbl A. The iodide iodate reaction method: The choice of the acid/ A. Kölbl, S. Schmidt-Lehr// Chem. Eng. Sci. - 2010. - V. 65. - P. 1897-1901. DOI: 10.1016/j.ces.2009.11.032.

73. Commenge J.-M. Villermaux-Dushman protocol for experimental characterization of micromixers/ J.-M. Commenge, L. Falk // Chem. Eng. and Proc. - 2011. - V. 50. - P. 979- 990.

74. Jasinska M. Test reactions to study efficiency of mixing / M. Jasinska // Chem. Process Eng. - 2015. - V. 36 (2). - P. 171-208.

75. Numerical and experimental investigations of liquid mixing in two-stage micro-impinging stream reactors/ T. Guo, B. Ruan, Z. Liu [et al.]// Chinese Journal of Chem. Eng. - 2017. -V. 25. - P. 391-400.

76. Predictive simulation of nanoparticle precipitation based on the population balance equation/ H.-C. Schwarzer, F. Schwertfirm, M. Manhart [et al.]// Chem. Eng. Sci. - 2006. - V. 61. - P. 167 - 181

77. Baldyga J. Mixing and fast chemical reaction -VIII. Initial deformation of material elements in isotropic, homogeneous turbulence/ J. Baldyga, J.R. Bourne// Chem. Eng. Sci. - 1984. -V. 39. - P. 329-334. DOI: 10.1016/0009-2509(84)80031-7.

78. Levenspiel O. Chemical reaction engineering/ O. Levenspiel// New York: Wiley, 1999.

- 668 p.

79. Bourne J.R. Mixing and the selectivity of chemical reactions/ J.R. Bourne// Org. Proc. Res. Dev. - 2003. - V. 7. - P. 471-508. DOI: 10.1021/op020074q.

80. Fournier C. A new parallel competing reaction system for assessing micromixing efficiency - experimental approach/ C. Fournier, L. Falk, J. Villermaux// Chem. Eng. Sci. - 1996. - V. 22. - P. 5053-5064.

81. Villermaux J. Macro and Micromixing Phenomena in Chemical Reactors / J. Villermaux // In: de Lasa, H.I. (eds) Chemical Reactor Design and Technology. NATO ASI Series. -1986. - V. 110. Springer, Dordrecht. https://doi.org/10.1007/978-94-009-4400-8_6

82. Baldyga J. A closure model for homogenous chemical reactions/ J. Baldyga // Chem. Eng. Sci. - 1994. - V. 49 (12). - P. 1985-2003.

83. Baldyga J. Simplification of micromixing in homogeneous stirred tank reactors/ J. Baldyga, J R. Bourne//Chem. Eng. Res. Des. - 1988. - V. 66. - P. 33-38.

84. Villermaux J.A generalized mixing model for initial contacting of reactive fluids/ J. Villermaux, L. Falk// Chem. Eng. Sci. - 1994. - V. 49 (24B). - P. 5127-5140.

85. Precipitation of nanoparticles in a T-mixer: Coupling the particle population dynamics with hydrodynamics through direct numerical simulation/ J. Gradl, H.-C. Schwarzer, F. Schwertfirm [et al.] // Chem. Eng. and Proc. - 2006. - V. 45. - P. 908-916.

86. Гусаров В.В. Быстропротекающие твердофазные химические реакции /В.В. Гусаров// Журн. общей химии. - 1997. - Т. 67, № 12. - С. 1959-1964. (Gusarov V.V. Fast solid phase chemical reactions / V.V. Gusarov// Russ. J. of General Chem. - 1997. - 67(12). - P. 18461851. (Translated from Zhurnal Obshchei Khimii. - 1997. - V. 67(12). - P. 1959-1964).

87. The minimal size of oxide nanocrystals: phenomenological thermodynamic vs crystal-chemical approaches / O.V. Almyasheva, N.A. Lomanova, V.I. Popkov [et al.]// Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. - 2019. - V. 10(4). - P. 428-437. DOI 10.17586/2220-8054-201910-4-428-437

88. Формирование нанокристаллов диоксида циркония в гидротермальных средах различного химического состава / О.В. Пожидаева, Э.Н. Корыткова, Д.П. Романов, В.В. Гусаров// Журн. общей химии. - 2002. - Т.72, №6. - С. 910-914 (Formation of ZrO2 Nanocrystals in Hydrothermal Media of Various Chemical Compositions / O.V. Pozhidaeva, E.N. Korytkova, D.P. Romanov, V.V. Gusarov// Russian Journal of General Chemistry. - 2002. - V. 72(6). - P. 849-853. DOI: 10.1023/a: 1020409702215)

89. Almjasheva O.V. Heat-stimulated transformation of zirconium dioxide nanocrystals produced under hydrothermal conditions/ O.V. Almjasheva// Nanosystems: physics, chemistry, mathematics. - 2015. - V. 6(5). - P. 697-703. DOI: 10.17586/2220-8054-2015-6-5-697-703

90. The role of pre-nucleus states in formation of nanocrystalline yttrium orthoferrite/ V.I. Popkov, O.V. Almjasheva, V.V. Panchuk [et al.]// Dokl Chem. - 2016. - V. 471 (2). - P. 356-359. DOI: 10.1134/S0012500816120041

91. Mahdavi R. The effect of ultrasonic irradiation on the structure, morphology and photocatalytic performance of ZnO nanoparticles by sol-gel method/ R. Mahdavi, S.S. Ashraf Talesh// Ultrasonics Sonochemistry. - 2017. - V. 39. - P. 504-510. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2017.05.012

92. Баранчиков А.Е. Сонохимический синтез неорганических материалов / А.Е. Баранчиков, В.К. Иванов, Ю.Д. Третьяков// Успехи химии. 2007. Т. 76. № 2. С. 147-168. (Baranchikov A.Y. Sonochemical synthesis of inorganic materials / A.Y. Baranchikov, V.K. Ivanov, Yu. D. Tretyakov// Russ. Chem. Rev. - 2007. - V. 76(2). - P. 133-151. DOI: 10.1070/RC2007v076n02ABEH003644

93. Кузнецова В.А. Влияние микроволновой и ультразвуковой обработки на образование CoFe2O4 в гидротермальных условиях / ВА Кузнецова, О.В. Альмяшева, В.В. Гусаров// Физика и химия стекла. - 2009. - Т. 35, № 2. - С. 266 - 272 (Kuznetsova V.A. Influence of microwave and ultrasonic treatment on the formation of CoFe2O4 under hydrothermal conditions / V.A. Kuznetsova, O.V. Almjasheva, V.V. Gusarov// Glass Phys Chem. - 2009. - V. 35. - P. 205-209. DOI: 10.1134/S1087659609020138)

94. Selective hydrothermal microwave synthesis of various manganese dioxide polymorphs/ R.F. Korotkov, A.E. Baranchikov, O.V. Boytsova [et al.]// Russ. J. Inorg. Chem. - 2016.

- V. 61. - P.129-134. DOI: 10.1134/S0036023616020091

95. Гидротермально-микроволновой и гидротермально-ультразвуковой синтез нанокристаллических дикосидов титана, циркония, гафния /П.Е. Мескин, А.И. Гаврилов, В.Д. Максимов [и др.]// Журнал неорганической химии. - 2007. - 52. № 11. - С. 1755-1764. (Hydrothermal/microwave and hydrothermal/ultrasonic synthesis of nanocrystalline titania, zirconia, and hafnia / P.E. Meskin, A.L. Gavrilov, V.D. Maksimov [et al.]// Russian Journal of Inorganic Chemistry. - 2007. - V. 52(11). - P. 1648-1656. DOI: 10.1134/S0036023607110022

96. Honghui T. Ultrasonication-assisted hydrothermal synthesis of ultralong TiO2 nanotubes / T. Honghui, X. Shukun, W. Jiku// Rare Metal Materials and Engineering. - 2014. - V. 43(10). - P. 2326-2329. DOI: 10.1016/S1875-5372(14)60163-6

97. Альмяшева О.В. Роль предзародышевых образований в управлении синтезом нанокристаллических порошков CoFe2O4 / О.В. Альмяшева, В.В. Гусаров// Журнал прикладной химии. - 2016. - Т. 89, № 6. - С.689-695. (Almjasheva O.V. Prenucleation formations in control over synthesis of CoFe2O4 nanocrystalline powders / O.V. Almjasheva, V.V. Gusarov// Russian Journal of Applied Chemistry. - 2016. - V. 89(6). - P. 851-856. DOI: 10.1134/S107042721606001X)

98. Иванов В.К. Гидротермально-микроволновой синтез нанокристаллического диоксида церия / В.К. Иванов В.К, О.С. Полежаева, Д.О. Гиль [и др.]// Доклады Академии наук.

- 2009. - Т. 426, № 5. - С. 632-634. (Ivanov V.K. Hydrothermal microwave synthesis of nanocrystalline cerium dioxide / V. K. Ivanov, O. S. Polezhaeva, D. O. Gil' [et al.]// Dokl Chem. -2009. - V. 426. - P. 131-133. DOI: 10.1134/S0012500809060056)

99. Boldyrev V.V. Mechanochemistry and mechanical activation of solid/ V.V. Boldyrev// Russian Chemical Reviews. - 2006. - V. 75(3). - P. 177-189. DOI: 10.1070/RC2006v075n03ABEH00120

100. Isupov V.P. Mechanochemical Synthesis of Double Hydroxides / V.P. Isupov, L.E. Chupakhina, R.P. Mitrofanova// Journal of Materials Synthesis and Processing. - 2000. - V. 8(3-4). -P. 251-253. DOI: 10.1023/A:1011376513081

101. Получение фотокатализаторов на основе диоксида титана, синтезированного с использованием микрореактора со сталкивающимися струями / А.В. Здравков, Ю.С. Кудряшова, В.Л. Уголков, Р.Ш. Абиев// Физика и Химия Стекла. - 2020. - Т. 46, №4. - С. 335340. DOI:10.1134/S1087659620040082

102. Фотокатализаторы на основе допированного неодимом диоксида титана, синтезированные в микрореакторе со сталкивающимися струями/ А.В. Здравков, Ю.С. Кудряшова, В.Л. Уголков, Р.Ш. Абиев// Журн. общ. хим. - 2020. - Т. 90, № 9. - С. 1422. https://doi.org/10.31857/S0044460X20090140

103. Pal S. Antisolvent based precipitation: Batch, capillary flow reactor and impinging jet reactor/ S. Pal, K. Madane, A.A. Kulkarni// Chemical Engineering Journal. 2019. V. 369. P. 11611171.

104. Lince F. A comparative study for nanoparticle production with passive mixers via solvent-displacement: Use of CFD models for optimization and design/ F. Lince, D.L. Marchisio, A.A. Barresi// Chemical Engineering and Processing. - 2011. - V. 50. - P. 356-368.

105. Барабаш В.М. Обзор работ по теории и практике перемешивания/ В.М. Барабаш, Р.Ш. Абиев, Н.Н. Кулов// Теор. основы хим. технол. - 2018. - Т. 52, № 4. - С. 367-383 DOI: 10.1134/S0040357118040024 [Barabash V.M. Theory and Practice of Mixing: A Review/ V.M. Barabash, R.S. Abiev, N.N. Kulov// Theor Found. Chem. Eng. - 2018. - V. 52, No. 4. - P. 473-487. DOI: 10.1134/S004057951804036X]

106. Simultaneous Detection of Hydrodynamics, Mass Transfer and Reaction Rates in a Three-Phase Microreactor/ S. Haase, T. Bauer, G. Hilpmann [et al.]// Theor Found. Chem. Eng. -

2020. - V. 54, No. 1. - P. 48-63. DOI: 10.1134/S0040579520010091

107. Kudryashova Yu. S. Synthesis of Yttrium-Aluminum Garnet Using a Microreactor with Impinging Jets/ Yu. S. Kudryashova, A.V. Zdravkov, R. Sh. Abiev// Glass Physics and Chemistry. -

2021. - V. 47, No. 3. - P. 260-264. DOI: 10.1134/S108765962103007X

108. Ibrahim E. Impinging jets atomization/ E. Ibrahim, A. Przekwas// Phys. Fluids A. -1991. - V. 3. - P. 2981.

109. Ashgriz N. Impinging Jet Atomization, in: N. Ashgriz (ed.), Handbook of Atomization and Sprays, Springer Science + Business Media, LLC. - 2011. - V. 30. - P. 685-705.

110. Effect of Hydrodynamic Conditions in an Impinging-Jet Microreactor on the Formation of Nanoparticles Based on Complex Oxides/ R. Sh. Abiev, O. V. Proskurina, M. O. Enikeeva, V. V. Gusarov// Theor. Found. Chem. Eng. - 2021. - V. 55, No. 1. - P. 12-29. DOI: 10.1134/S0040579521010012

111. Taylor G.I. The dynamics of thin sheets of fluid. III. Disintegration of fluid sheets/G.I. Taylor// Proc. Roy. Soc. A. - 1959. - V. 253. - P. 313-318. https://doi.org/10.1098/rspa.1959.0196

112. Фабер Т.Е. Гидроаэродинамика/ Т.Е. Фабер // М.: Постмаркет. - 2001. - 560 с.

113. Choo Y.J. A study on the velocity characteristics of the liquid elements produced by two impinging jets/ Y.J. Choo, B.S. Kang// Experiments in Fluids. - 2003. - V. 34. - P. 655-661. DOI 10.1007/s00348-002-0554-0

114. Li R. Characteristics of liquid sheets formed by two impinging jets / R. Li, N. Ashgriz// Phys. Fluids. - 2006. - V. 18. - 087104

115. Ibrahim E. Impinging jets atomization/ E. Ibrahim, A. Przekwas// Phys. Fluids A. -1991. - V. 3. - P. 2981-2992.

116. Baldyga J. Barium sulphate precipitation in a pipe - an experimental study and CFD modelling/ J. Baldyga, W. Orciuch// Chem. Eng. Sci. - 2001. - V. 56. - P. 2435-2444.

117. Baldyga J. Barium Sulphate Agglomeration in a Pipe - An Experimental Study and CFD Modeling/ J. Baldyga, M. Jasinska, W. Orciuch //Chem. Eng. & Technol. - 2003. - V. 26, Issue 3. - P. 3340-3404.

118. Role of Hydroxide Precipitation Conditions in the Formation of Nanocrystalline BiFeOs/ O.V. Proskurina, A.N. Sokolova, A.A. Sirotkin [et al.] // Russ. J. Inorg. Chem. - 2021. - V. 66. - P. 163-169. DOI: 10.1134/S0036023621020157

119. Chaturvedi S. Review on Thermal Decomposition of Ammonium Nitrate/ S. Chaturvedi, P.N. Dave//J. Energ. Mater. - 2013. - V. 31. - P. 1-26. https://doi.org/10.1080/07370652.2011.573523

120. Novel hexagonal-YFeO3/a-Fe2O3 heteroj unction composite nanowires with enhanced visible light photocatalytic activity/ J. Liu, F. He, L. Chen [et al.]// Mater. Lett. - 2016. - V. 165. - P. 263-266. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2015.12.008.

121. Patel R. Tunable multiferroic properties of cerium doped bismuth ferrite/ R. Patel, P. Sawadh // Nanosyst.: Phys. Chem. Math. - 2019. - V. 10, № 3. - P. 255-262. doi 10.17586/22208054-2019-10-3-255-265

122. Bai F. Destruction of spin cycloid in (111)c-oriented BiFeO3 thin films by epitiaxial constraint: Enhanced polarization and release of latent magnetization / F. Bai, J. Wang, M. Wuttig// Appl. Phys. Lett. - 2005. - V. 86. - 032511. doi 10.1063/1.1851612

123. Thermal and magnetic behavior of BiFeO3 nanoparticles prepared by glycine-nitrate combustion/ N.A. Lomanova, M.V. Tomkovich, V.V.Sokolov [et al.] // J. Nanopart. Res. - 2018. - V. 20. - P. 17-23. doi 10.1007/s11051-018-4125-6

124. Low-Temperature Synthesis of Nanosized Bismuth Ferrite by Soft Chemical Route/ S. Ghosh, S. Dasgupta, A. Sen, H S. Maiti// J. Am. Ceram. Soc. - 2005. - V. 88. - P. 1349-1356. doi 10.1111/j.1551-2916.2005.00306.x

125. Ortiz-Quinonez J.-L. Effects of Oxidizing/Reducing Agent Ratio on Phase Purity, Crystallinity, and Magnetic Behavior of Solution-Combustion-Grown BiFeO3 Submicroparticles/ J.-L. Ortiz-Quinonez, U. Pal, M.S. Villanueva// Inorg. Chem. - 2018. - V. 57, No 10. - P. 6152-6160. doi 10.1021/acs.inorgchem.8b00755

126. Формирование наночастиц BiFeO3 с использованием струйного микрореактора/ О.В. Проскурина, И.В. Ноговицин, Т.С. Ильина, [и др.]// Журн. общей химии. - 2018. - Т.88, № 10. - С. 1699-1704.

127. Formation of nanocrystalline BiFeO3 during heat treatment of hydroxides co-precipitated in an impinging-jets microreactor/ O.V. Proskurina, R.S. Abiev, D.P., Danilovich [et al.]// Chem. Eng. Process. - 2019. - V.143. - 107598. doi 10.1016/j.cep.2019.107598

128. Flow imbalance and Reynolds number impact on mixing in Confined Impinging Jets/ Fonte C.P., Sultan M.A., Santos R.J. [et al.]// Chem. Eng. J. - 2015. - V. 260. - P. 316-322. doi 10.1016/j.cej.2014.08.090

129. Abiev R.S. Impinging-Jets Micromixers and Microreactors: State of Art and Prospects for Use in the Chemical Technology of Nanomaterials (Review)/ R.S. Abiev // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. - 2020. - V. 54, No 6. - P. 1131-1147.

130. Formation of rhabdophane-structured lanthanum orthophosphate nanoparticles in an impinging-jets microreactor and rheological properties of sols based on them/ O.V. Proskurina, E.V. Sivtsov, A. A. Sirotkin [et al.]// Nanosyst.: Phys. Chem. Math. - 2019. - V. 10, № 2. - P. 206-214. doi 10.17586/2220-8054-2019-10-2-206-214

131. Oriented attachment of particles: 100 years of investigations of non-classical crystal growth/ V.K. Ivanov, P.P. Fedorov, A.Y. Baranchikov, V.V. Osiko// Russ. Chem. Rev. - 2014. - V. 83, № 12. - P. 1204-1209. doi 10.1070/RCR4453

132. The minimum size of oxide nanocrystals: phenomenological thermodynamic vs crystal-chemical approaches/ O.V. Almyasheva, N.A. Lomanova, V.I. Popkov [et al.]// Nanosyst.: Phys. Chem. Math. - 2019. - V. 10, № 4. - P. 428-432. doi 10.17586/2220-8054-2019-10-4-428-437

133. Reid R.C. The properties of gases and liquids/ R.C. Reid, J.M. Prausnitz, T.K. Sherwood// 3-rd edit. New-York: McGraw-Hill. - 1977.

134. Abiev R.Sh. Influence of Hydrodynamic Conditions on Micromixing in Microreactors with Free Impinging Jets/ R.Sh. Abiev, A.A. Sirotkin // Fluids. - 2020. - V. 5, No. 4. - 179. https://doi.org/10.3390/fluids5040179

135. Schwarzer H.-C. Combined experimental/numerical study on the precipitation of nanoparticles/ H.-C. Schwarzer, W. Peukert// AIChE J. - 2004. - V. 50. - P. 3234-3247. https://doi.org/10.1002/aic.10277.

136. Size dependent morphology, magnetic and dielectric properties of BiFeO3 nanoparticles/ N. Sheoran, M. Saini, A. Kumar [et al.]// MRS Adv. - 2019. - V.4, № 28-29. -P. 1659-1665. doi 10.1557/adv.2019.167