【摘要】：氣液傳質在化工過程中普遍存在，研究氣液傳質強化具有非常重要的意義。在氣液傳質過程中，液體表面張力是控制界面傳質的重要參數，表面張力的變化會導致界面不穩定，在一些條件下會引發近界面液體的對流現象，即Marangoni對流。界面對流的產生將對氣液傳質過程造成顯著影響。本文通過添加低表面張力物質，研究了低表面張力物質對氣液傳質過程的影響，以期尋求強化氣液傳質的有效手段。

首先，研(yan)究(jiu)了(le)在液(ye)相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)添(tian)加(jia)(jia)(jia)三(san)種不同臨(lin)(lin)界膠束(shu)濃(nong)度(du)的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)活性劑(ji)(ji)對(dui)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)液(ye)比(bi)表(biao)(biao)(biao)面(mian)積和(he)傳(chuan)質(zhi)系數(shu)(shu)的(de)(de)影響(xiang)(xiang)。實驗結果表(biao)(biao)(biao)明，表(biao)(biao)(biao)面(mian)活性劑(ji)(ji)在氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)液(ye)界面(mian)聚集(ji)，會增(zeng)大氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)液(ye)比(bi)表(biao)(biao)(biao)面(mian)積，但由于膠束(shu)現(xian)象(xiang)的(de)(de)存在，會減(jian)小CO2吸(xi)收的(de)(de)總包傳(chuan)質(zhi)系數(shu)(shu)和(he)液(ye)相(xiang)傳(chuan)質(zhi)系數(shu)(shu)，因(yin)此臨(lin)(lin)界膠束(shu)濃(nong)度(du)是表(biao)(biao)(biao)面(mian)活性劑(ji)(ji)的(de)(de)一個(ge)重要參數(shu)(shu)。其次，研(yan)究(jiu)了(le)向(xiang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)相(xiang)加(jia)(jia)(jia)入低(di)(di)(di)表(biao)(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力(li)(li)物質(zhi)（乙(yi)(yi)醇和(he)正丙醇）對(dui)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)液(ye)兩相(xiang)傳(chuan)質(zhi)的(de)(de)影響(xiang)(xiang)，并(bing)探討增(zeng)強傳(chuan)質(zhi)過程(cheng)的(de)(de)途(tu)徑。氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)相(xiang)低(di)(di)(di)表(biao)(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力(li)(li)物質(zhi)的(de)(de)添(tian)加(jia)(jia)(jia)，使液(ye)體(ti)表(biao)(biao)(biao)面(mian)出現(xian)了(le)局(ju)部流(liu)動現(xian)象(xiang)。通過高(gao)速(su)攝(she)像技術進(jin)行(xing)拍攝(she)，并(bing)采用軟件進(jin)行(xing)處理，得到了(le)局(ju)部Marangoni對(dui)流(liu)現(xian)象(xiang)的(de)(de)速(su)度(du)分布。進(jin)而(er)證實了(le)在氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)添(tian)加(jia)(jia)(jia)低(di)(di)(di)表(biao)(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力(li)(li)物質(zhi)能夠(gou)誘導產生局(ju)部Marangoni對(dui)流(liu)現(xian)象(xiang)。然后利用鼓泡(pao)(pao)塔傳(chuan)質(zhi)裝置，研(yan)究(jiu)了(le)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)加(jia)(jia)(jia)入少(shao)量乙(yi)(yi)醇對(dui)水-CO2吸(xi)收過程(cheng)傳(chuan)質(zhi)的(de)(de)影響(xiang)(xiang)。CO2氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)中(zhong)(zhong)(zhong)添(tian)加(jia)(jia)(jia)少(shao)量乙(yi)(yi)醇后，鼓泡(pao)(pao)塔中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)尺寸變(bian)大，氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)泡(pao)(pao)比(bi)表(biao)(biao)(biao)面(mian)積變(bian)小，而(er)液(ye)相(xiang)傳(chuan)質(zhi)系數(shu)(shu)增(zeng)大，綜合結果促進(jin)了(le)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)液(ye)傳(chuan)質(zhi)。

實驗還發現，隨著氣相中(zhong)乙醇(chun)濃(nong)度(du)(du)的(de)增大(da)，會(hui)出現Rayleigh負(fu)效應(ying)，使(shi)得傳質(zhi)系數受(shou)到局(ju)(ju)部(bu)Marangoni效應(ying)和Rayleigh負(fu)效應(ying)綜合作用，結果導致(zhi)傳質(zhi)系數在增大(da)到某特定值之后出現減小的(de)趨勢(shi)。通過粒子(zi)成(cheng)像(xiang)測(ce)速儀（PIV）實驗分析(xi)(xi)氣相中(zhong)添加(jia)(jia)低表面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力物質(zhi)強(qiang)化氣液(ye)(ye)(ye)傳質(zhi)的(de)機(ji)理。PIV實驗測(ce)得氣液(ye)(ye)(ye)傳質(zhi)過程(cheng)中(zhong)垂直于界(jie)面(mian)(mian)(mian)的(de)液(ye)(ye)(ye)相速度(du)(du)場，定量分析(xi)(xi)了乙醇(chun)濃(nong)度(du)(du)對氣液(ye)(ye)(ye)傳質(zhi)過程(cheng)界(jie)面(mian)(mian)(mian)對流(liu)(liu)的(de)影響。氣相中(zhong)低濃(nong)度(du)(du)乙醇(chun)導致(zhi)了由近界(jie)面(mian)(mian)(mian)開始的(de)液(ye)(ye)(ye)體(ti)(ti)局(ju)(ju)部(bu)流(liu)(liu)速增加(jia)(jia)，從而證(zheng)實了氣液(ye)(ye)(ye)界(jie)面(mian)(mian)(mian)表面(mian)(mian)(mian)張(zhang)力不均(jun)引(yin)發的(de)局(ju)(ju)部(bu)Marangoni對流(liu)(liu)。但隨著氣相中(zhong)乙醇(chun)濃(nong)度(du)(du)的(de)增大(da)，液(ye)(ye)(ye)體(ti)(ti)中(zhong)的(de)高流(liu)(liu)速區域(yu)趨于向液(ye)(ye)(ye)體(ti)(ti)表面(mian)(mian)(mian)集(ji)中(zhong)，即液(ye)(ye)(ye)體(ti)(ti)的(de)局(ju)(ju)部(bu)對流(liu)(liu)僅出現在界(jie)面(mian)(mian)(mian)附(fu)近，進(jin)而證(zheng)實了Rayleigh負(fu)效應(ying)的(de)存在。

該現象(xiang)導致液體表(biao)面(mian)附近(jin)出現穩定的(de)高乙醇濃度區域，因(yin)而抑制(zhi)了對流(liu)傳(chuan)(chuan)質(zhi)。最后，基(ji)于Higbie滲透理論和Kolmogorov各項(xiang)同(tong)性湍流(liu)理論，建立了氣(qi)(qi)相(xiang)中(zhong)添加低(di)表(biao)面(mian)張(zhang)力物質(zhi)后的(de)氣(qi)(qi)液傳(chuan)(chuan)質(zhi)模(mo)型，并通(tong)過(guo)模(mo)型對CO2吸(xi)收(shou)傳(chuan)(chuan)質(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)Marangoni效應和Rayleigh效應進行了關聯，計算值與實(shi)驗(yan)值吻合良好，進一步證實(shi)了Marangoni效應和Rayleigh負效應對傳(chuan)(chuan)質(zhi)過(guo)程(cheng)的(de)影(ying)響。該模(mo)型為預測氣(qi)(qi)相(xiang)中(zhong)添加低(di)表(biao)面(mian)張(zhang)力物質(zhi)對氣(qi)(qi)液傳(chuan)(chuan)質(zhi)的(de)影(ying)響提供了可能。