二氧化碳和水动态溶解平衡的研究

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化工生产中存在大量气液两相传质的过程。气液传质的极限是两相达到平衡。许多实验和操作都证明了这样一个事实,真正的热力学平衡是难以达到的,只要流速不为0,传质时的气液两相界面浓度就不可能达到平衡。在连续生产时,汽液两相都处于不断的运动中。此时,气液两相可能达到的相对稳定状态即动态平衡状态(气体在液相中的饱和溶解度)可能与静态溶解平衡状态有所不同。由此引出了本文的研究课题:流体的流动状态对气液相平衡的影响。以此研究流动中的液体,是否还能够溶解由亨利定律指明的溶质量。通过恒温水浴振荡器使静态溶解平衡的二氧化碳.水体系中的流体产生回旋运动,以此研究流体的流速对二氧化碳-水体系静态溶解平衡的影响,从而归纳了二氧化碳和水的动态溶解平衡状态。用示踪法测出振荡器不同振荡频率对应的流体的回旋流动线速度,进而计算流体的雷诺准数以考察流体运动状态。实验结果显示:流体的流动使得二氧化碳在水中的溶解平衡偏离静止状态的溶解平衡,在实验条件下即在25.5℃,v为35×10-5m3,v为25.65×10-5m3时,原有溶解在水中的二氧化碳约有6.55%解吸出来。流体的流动可以使二氧化碳在水中的溶解趋于另一个相对溶解平衡的状态,在此状态下,修正的亨利系数是雷诺数的函数且与原有数值产生明显偏差,在25.5℃下,在实验条件下这种偏差高达15%。17.5℃下,二氧化碳动态溶解度为37.40mol/m3,25.5℃下的动态溶解平衡溶解度30.59mol/m3,二氧化碳和水的动态溶解平衡仍然符合低温有助于吸收特性。流体的运动状态对二氧化碳和水溶解平衡有明显的影响,在高度湍流的情况下,无论是进行吸收还是解吸计算,流体运动状态应当予以考虑。
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