论文摘要
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-CO2、乙醇-CO2、正丙醇-CO2、正丁醇-CO2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-CO2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CO2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增强因子的影响,并且模型预测值与实验值吻合良好。
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摘要ABSTRACT第一章 前言第二章 文献综述2.1 气液传质理论研究2.1.1 经典传质理论2.1.1.1 膜理论2.1.1.2 渗透理论2.1.1.3 表面更新理论2.1.2 经典模型的修正2.1.2.1 膜-渗透理论2.1.2.2 修正的表面更新模型2.1.2.3 修正的膜理论2.1.3 湍动旋涡理论2.1.3.1 旋涡扩散模型2.1.3.2 旋涡池模型2.1.4 多尺度局部均匀模型2.2 第三组分对气液传质的影响2.2.1 界面湍动和 Marangoni 效应2.2.2 界面湍动和 Marangoni 效应对气液传质的影响2.2.3 第三组分对气液传质的影响2.2.4 界面阻力2.3 气液传质过程强化2.3.1 分散相粒子强化气液传质机理2.3.2 增强因子预测模型2.3.3 传质系数及界面面积与强化吸收的关系2.3.4 结语第三章 实时激光全息干涉法测量原理和方法3.1 全息干涉简介3.1.1 全息干涉与普通干涉的比较3.1.2 全息干涉法测量原理3.1.3 全息干涉的必要条件3.1.4 实时全息干涉术的优点3.2 实时全息干涉法测量液相浓度场的原理3.2.1 实时全息干涉条纹与折射率的关系3.2.2 浓度与折射率的关系3.2.3 计算折射率n （ x） 的误差分析3.3 实验装置及操作方法3.3.1 激光全息干涉系统3.3.2 气液传质模拟装置3.3.3 实验步骤3.4 图像采集及图像处理3.4.1 图像的采集3.4.2 图像的处理第四章 实验结果及分析讨论4.1 实验试剂4.2 界面湍动现象4.3 实验结果2吸收过程的影响'>4.3.1 流速对 CO2吸收过程的影响2 吸收过程的影响'>4.3.2 表面活性剂对 CO2吸收过程的影响4.3.3 分析与讨论4.4 本章小结第五章 气液传质界面非平衡理论5.1 气液界面非平衡模型的建立5.2 单气泡传质5.3 结果与讨论5.3.1 静止气泡的吸收5.3.2 运动气泡的传质5.4 本章小结第六章 静态小液滴对周围气体的吸收机理6.1 理论6.2 结果和讨论6.3 本章小结第七章 气泡吸收的界面传质模型7.1 表面速度分布7.2 气泡界面传质模型的建立7.3 气液界面传质模型的模拟7.3.1 实验数据7.3.2 模拟结果及分析7.4 本章小结第八章 吸附剂粒子促进气液传质的增强机理8.1 模型推导8.2 实验8.3 讨论8.4 本章小结第九章 结论参考文献发表论文和参加科研情况说明附录 I 符号说明附录Ⅱ扩散系数测量方法附录Ⅲ全息干版处理液配方致谢
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