探索气液界面传质机理与强化

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1、y1532173气液界面传质机理与强化Themechanismandenhancementofgas-liquidinterfacialmasstransfer博士学位论文一级学科化学工程与技术二级学科化学工程作者姓名高习群指导教师马友光教授天津大学化工学院2007年12月摘要气液传质在化工过程中普遍存在，由于目前的研究大多局限于宏观的表面现象，尚难揭示其内在的传质特性及传质机理。现有的经典传质理论均是在经验或半经验基础上发展起来的，无法从微观上揭示相际传质机理，因而只适用于某些特定的情况，局限性较大。因此，从微观上进一步深入研究气液传质过程，建立精确的以界面非平衡机

2、理为基础的非线性传质模型是非常必要的。本文利用实时激光全息干涉系统，结合显微放大技术，对不同主体流速下甲醇．C02、乙醇．C02、正丙醇．C02、正丁醇．C02气液传质过程及不同浓度十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚丙烯酸(PAA)四种表面活性剂对乙醇．C02传质过程的影响进行了研究。得到了气液界面附近液相侧的浓度场分布及界面浓度、浓度边界层厚度。对于气体吸收过程，以分子热力学为基础，结合普遍化的化学势推动力通量方程，提出界面非平衡理论，推导出传质存在时两相界面处的浓度关系，并对静止和运动气泡两种情况分别进行了

3、求解。针对气体组分被吸收进入静态小液滴的传质过程，分别采用平衡模型和非平衡模型对具有较低溶解度的物理吸收过程进行了分析，并对吸收过程中不同时间液滴内的浓度分布进行了求解。另外以对流扩散方程为基础，考虑了界面阻力对传质的影响，得到气泡周围近界面附近的浓度场分布模型，模型计算值和实验值进行了比较，结果吻合较好。气液两相传质强化是化工过程研究的一个重要内容，在恒温反应釜内，对C02在不同搅拌速率下、不同浓度活性炭．水浆料体系中的吸收强化进行了实验研究，计算得到不同情况下的增强因子。基于膜模型和界面非平衡原理，提出了一个新的预测增强因子的模型，能很好地解释粒子浓度及搅拌强度对

4、增强因子的影响，并且模型预测值与实验值吻合良好。关键词：气液传质，表面活性剂，激光全息干涉，浓度分布，非平衡，分散颗粒，增强机理ABSTRACTGas—liquidmasstransferisoftenencounteredinchemicalengineeringprocess．However，uptonow，mostresearchesinthefieldarebasedonmacrophenomenon．Theclassicmasstransfertheoriesandhypothesisaredevelopedonthebasisofsomeempirical

5、andsemi—empiricalcorrelations．Therefore，theinherentmasstransfercharacteristicandmechanismhavenotyetbeenwellknown．Itisofvirtualsignificancetodeeplyinvestigatethemicromechanismofinterfacialmasstransferanddevelopaccuracynon-linearmasstransferpatterntakingintoaccounttheinterfacialnon-equili

6、briumprinciple．Themasstransferprocessofmethanol—C02，ethanol-C02，n-propanol·C02，n-butanol—C02andinfluenceofvariousconcentrationssodiumdodecylsulfate(SDS)，sodiumdodecylbenzenesulfonate(SDBS)，cetyltrimethylammoniumbromide(CTAB)，polyacrylicacid(PAA)onmasstransferatdifferentbodyvelocitieswer

7、estudiedrespectivelyusingmicroholographicinterferometer，andtheconcentrationdistributionneartheinterface，interfacialconcentrationandconcentrationboundarylayerthicknessonliquidsideweredetermined．Onthebasisofmoleculethermodynamics，combiningthegeneralchemicalpotentialdrivingforceeq