【摘要】：气液传质在化工过程中普遍存在，研究气液传质强化具有非常重要的意义。在气液传质过程中，液体表面张力是控制界面传质的重要参数，表面张力的变化会导致界面不稳定，在一些条件下会引发近界面液体的对流现象，即Marangoni对流。界面对流的产生将对气液传质过程造成显著影响。本文通过添加低表面张力物质，研究了低表面张力物质对气液传质过程的影响，以期寻求强化气液传质的有效手段。

首先，研究了在液相中添加三种不同临界胶束浓度的表面活性剂对气液比表面积和传质系数的影响。实验结果表明，表面活性剂在气液界面聚集，会增大气液比表面积，但由于胶束现象的存在，会减小CO2吸收的总包传质系数和液相传质系数，因此临界胶束浓度是表面活性剂的一个重要参数。其次，研究了向气相加入低表面张力物质（乙醇和正丙醇）对气液两相传质的影响，并探讨增强传质过程的途径。气相低表面张力物质的添加，使液体表面出现了局部流动现象。通过高速摄像技术进行拍摄，并采用软件进行处理，得到了局部Marangoni对流现象的速度分布。进而证实了在气相中添加低表面张力物质能够诱导产生局部Marangoni对流现象。然后利用鼓泡塔传质装置，研究了气相中加入少量乙醇对水-CO2吸收过程传质的影响。CO2气体中添加少量乙醇后，鼓泡塔中的气泡尺寸变大，气泡比表面积变小，而液相传质系数增大，综合结果促进了气液传质。

实验还发现，随着气相中乙醇浓度的增大，会出现Rayleigh负效应，使得传质系数受到局部Marangoni效应和Rayleigh负效应综合作用，结果导致传质系数在增大到某特定值之后出现减小的趋势。通过粒子成像测速仪（PIV）实验分析气相中添加低表面张力物质强化气液传质的机理。PIV实验测得气液传质过程中垂直于界面的液相速度场，定量分析了乙醇浓度对气液传质过程界面对流的影响。气相中低浓度乙醇导致了由近界面开始的液体局部流速增加，从而证实了气液界面表面张力不均引发的局部Marangoni对流。但随着气相中乙醇浓度的增大，液体中的高流速区域趋于向液体表面集中，即液体的局部对流仅出现在界面附近，进而证实了Rayleigh负效应的存在。

该现象导致液体表面附近出现稳定的高乙醇浓度区域，因而抑制了对流传质。最后，基于Higbie渗透理论和Kolmogorov各项同性湍流理论，建立了气相中添加低表面张力物质后的气液传质模型，并通过模型对CO2吸收传质过程中的Marangoni效应和Rayleigh效应进行了关联，计算值与实验值吻合良好，进一步证实了Marangoni效应和Rayleigh负效应对传质过程的影响。该模型为预测气相中添加低表面张力物质对气液传质的影响提供了可能。