【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，液體表麵張力是控製界麵傳質的重要參數，表麵張力的變化會導致界麵不穩定，在一些條件下會引發近界麵液體的對流現象，即Marangoni對流。界麵對流的產生將對氣液傳質過程造成顯著影響。本文通過添加低表麵張力物質，研究了低表麵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，研究了在液相中添加三種不同臨界膠束濃度的表麵活性劑對氣液比表麵積和傳質係數的影響。實驗結果表明，表麵活性劑在氣液界麵聚集，會增大氣液比表麵積，但由於膠束現象的存在，會減小CO2吸收的總包傳質係數和液相傳質係數，因此臨界膠束濃度是表麵活性劑的一個重要參數。其次，研究了向氣相加入低表麵張力物質（乙醇和正丙醇）對氣液兩相傳質的影響，並探討增強傳質過程的途徑。氣相低表麵張力物質的添加，使液體表麵出現了局部流動現象。通過高速攝像技術進行拍攝，並采用軟件進行處理，得到了局部Marangoni對流現象的速度分布。進而證實了在氣相中添加低表麵張力物質能夠誘導產生局部Marangoni對流現象。然後利用鼓泡塔傳質裝置，研究了氣相中加入少量乙醇對水-CO2吸收過程傳質的影響。CO2氣體中添加少量乙醇後，鼓泡塔中的氣泡尺寸變大，氣泡比表麵積變小，而液相傳質係數增大，綜合結果促進了氣液傳質。

實驗還發現，隨著氣相中乙醇濃度的增大，會出現Rayleigh負效應，使得傳質係數受到局部Marangoni效應和Rayleigh負效應綜合作用，結果導致傳質係數在增大到某特定值之後出現減小的趨勢。通過粒子成像測速儀（PIV）實驗分析氣相中添加低表麵張力物質強化氣液傳質的機理。PIV實驗測得氣液傳質過程中垂直於界麵的液相速度場，定量分析了乙醇濃度對氣液傳質過程界麵對流的影響。氣相中低濃度乙醇導致了由近界麵開始的液體局部流速增加，從而證實了氣液界麵表麵張力不均引發的局部Marangoni對流。但隨著氣相中乙醇濃度的增大，液體中的高流速區域趨於向液體表麵集中，即液體的局部對流僅出現在界麵附近，進而證實了Rayleigh負效應的存在。

該現象導致液體表麵附近出現穩定的高乙醇濃度區域，因而抑製了對流傳質。最後，基於Higbie滲透理論和Kolmogorov各項同性湍流理論，建立了氣相中添加低表麵張力物質後的氣液傳質模型，並通過模型對CO2吸收傳質過程中的Marangoni效應和Rayleigh效應進行了關聯，計算值與實驗值吻合良好，進一步證實了Marangoni效應和Rayleigh負效應對傳質過程的影響。該模型為預測氣相中添加低表麵張力物質對氣液傳質的影響提供了可能。