液-液两相界面传质过程的研究

摘要

相际传质在化工过程中占有重要地位，由于界面区的特殊性质，相间传质理论尚未发展成熟，要对其进行深入研究须从微观入手。关于气-液界面传质机理已多有报道，但是液-液界面传质研究尚不多见。本文利用激光实时全息干涉法，从微观上对液-液传质过程的界面现象及传质特性进行了研究。 ㈠设计并建立了一套用于液-液传质过程研究的激光实时全息干涉及液-液传质模拟系统，利用CCD摄像仪和计算机图像采集与处理系统，实时观测和采集了传质过程干涉条纹变化；应用VC++语言编程对干涉条纹图进行处理，得到了条纹偏移量和条纹间距等数据，根据测定的折射率-浓度关系曲线，得到了传质过程浓度分布，进而求得近界面浓度、传质系数、浓度边界层厚度等参数。 ㈡对溶质穿过洁净油水界面的传质过程和水相添加表面活性剂的传质过程分别进行了研究。在油相侧，实时观测了传质过程中的界面湍动现象，发现随着水相主体浓度的增大，近界面浓度近似呈线性增大，而传质系数呈指数增加，这种变化归因于界面湍动。然而，水相侧未见有界面湍动产生。由水相侧浓度分布可以看出，近界面的浓度曲线近似为线性，但远离界面时则呈现明显的非线性。随着油相侧溶质主体浓度的增加，水相侧近界面浓度的增加呈指数变化。研究了表面活性剂对界面传质过程的影响，建立了表面活性剂浓度与界面能的关系，预测了界面浓度随表面活性剂浓度的变化，计算值与实验数据吻合良好。三种传质体系近界面浓度曲线变化趋势大致相同，分别在表面活性剂浓度为0.2、0.3、0.6×10-3mol·L-1时降到最低点，而后又随之增加；但该转折点不是表面活性剂的临界胶束浓度点。 本研究认为：界面湍动对传质具有明显的促进作用，液-液界面传质过程存在界面阻力，两相在界面处是非平衡的，微量表面活性剂对液-液传质有阻碍作用，达到某一点后又促进传质，该转折点由活性剂本身决定且受溶质和油相性质影响。

目录

文摘

英文文摘

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第一章前言

第二章文献综述

2.1界面传质机理的研究

2.1.1经验型传质模型

2.1.2流体力学型传质理论

2.1.3界面非平衡理论

2.2相际传质的界面研究

2.2.1界面湍动和RBM效应

2.2.2界面相及界面实验方法

2.2.3激光全息干涉法简介

2.3两相传质的影响因素

2.3.1 RBM效应对相际传质的影响

2.3.2表面活性剂对相际传质的影响

2.4本章小结

第三章实验装置及测量原理

3.1实验装置

3.1.1实验光学系统

3.1.2液液传质模拟装置

3.1.3计算机采集和图像存储

3.2实验原理

3.2.1全息干涉法测量浓度场的原理

3.2.2干涉条纹与折射率

3.2.3浓度与折射率

第四章基本物性数据的测量

4.1实验方法可靠性验证

4.2密度和粘度的测量

4.2.1密度的测量方法

4.2.2粘度的测量方法

4.3折射率的测量

4.4测定结果

4.5扩散系数的测量

第五章液-液传质的实验及理论研究

5.1理论研究

5.1.1界面浓度

5.1.2传质系数

5.1.3表面活性剂溶液的性质

5.1.4界面浓度与界面能的关系

5.2液-液相际传质实验研究

5.2.1油相侧界面传质

5.2.2水相侧界面传质

5.3表面活性剂对界面浓度的影响

5.3.1实验结果及处理

5.2.2模型参数拟合

5.3.2结果分析与讨论

5.4本章小结

第六章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录

致谢