【摘 要】
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气液传质分离过程强化新技术的开发以及强化机理的探索是化学工程领域重要的研究热点之一,近些年对界面微结构的关注发现微尺度界面能够强化气液传质过程,但对于传质分离领域的强化作用尚无明确定论。本文从微尺度气液相界面的角度探究微纳米尺度的弯曲气液界面是否会对气液传质过程的热力学极限产生影响。本文采用了两种方法来构建不同尺度的弯曲气液界面,其一是利用多孔泡沫碳化硅构建气液弯曲界面,其二是利用超声雾化法生成具
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气液传质分离过程强化新技术的开发以及强化机理的探索是化学工程领域重要的研究热点之一,近些年对界面微结构的关注发现微尺度界面能够强化气液传质过程,但对于传质分离领域的强化作用尚无明确定论。本文从微尺度气液相界面的角度探究微纳米尺度的弯曲气液界面是否会对气液传质过程的热力学极限产生影响。本文采用了两种方法来构建不同尺度的弯曲气液界面,其一是利用多孔泡沫碳化硅构建气液弯曲界面,其二是利用超声雾化法生成具有高曲率气液界面的微米级液滴。通过动态法的汽液双循环相平衡釜装置测定了不同尺度孔径的泡沫碳化硅存在下,甲醇-异丙醇、乙醇-乙酸乙酯、乙醇-环己烷等二元体系的汽液相平衡数据。实验结果表明,0.5 mm、1.0 mm、2.0 mm毫米级孔径以及带微纳米级表面孔的泡沫碳化硅存在,对三组二元体系的汽液平衡x-y曲线与T-x-y曲线无明显差异;发现不同循环量下达到稳定的气液组成也不同,循环量越小,气液组成差异越大;相同液相循环量下,带有微纳米级表面孔的泡沫碳化硅表面上的气相组成y偏移程度更大:液相流速为0.3 m L/min时,无碳化硅存在时气液组成为（0.1984,0.5164）,即差值为0.2624（与常规y值相比）;带有微纳米级表面孔的碳化硅表面气液组成为（0.2455,0.7556）,此时差值为0.4356,即微纳米级孔径结构的泡沫碳化硅对气液分离过程是有影响的,实验中循环量的大小也会影响实验结果。通过以上实验过程即结果的分析对下一步微尺度弯曲界面对气液传质过程影响的深入研究提出了建议与方向。进一步,通过超声雾化的方式生成微米级液滴构建微米级气液弯曲界面,首先,对简单醇水体系的超声雾化实验表明了超声雾化对醇水体系具有较强的分离作用:对乙醇-水体系,在较高乙醇浓度区超声雾化的分离能力优于蒸馏过程中一级分离能力,且通过超声雾化可以在室温环境下实现乙醇含量从0到1全浓度范围的分离,证实了超声雾化对醇水体系的选择性分离作用;在超声雾化分离实验基础上,对乙醇-水体系雾化液滴的稳态气液分离实验表明,微米级液滴的高曲率状态会影响到体系的气液分离,也表明利用超声雾化实现醇水体系分离的机理包含超声雾化过程的分离作用和微界面影响汽液相平衡两方面作用,而对液滴的高曲率气液界面与两相分离与平衡的影响关系仍需要更多实验进行更深入的探究。
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