多孔泡沫材料對(duì)二元體系氣液相平衡的影響

董歡歡，李洪，矯義來(lái)，李鑫鋼，高鑫

（1 天津大學(xué)化工學(xué)院，精餾技術(shù)國(guó)家工程研究中心，天津 300072；2 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110016）

精餾過(guò)程的強(qiáng)化與節(jié)能是化工領(lǐng)域的關(guān)注熱點(diǎn)，塔板、填料等傳質(zhì)元件作為精餾過(guò)程塔設(shè)備的組成核心，開(kāi)發(fā)新型傳質(zhì)元件是蒸餾過(guò)程節(jié)能與強(qiáng)化研究的重要方向。多孔泡沫材料由于良好的空間結(jié)構(gòu)和性能以及可控、易加工等特點(diǎn)成為一種新型功能材料，被開(kāi)發(fā)為傳質(zhì)元件廣泛應(yīng)用于精餾領(lǐng)域。本文作者課題組研究開(kāi)發(fā)了一系列多孔介質(zhì)傳質(zhì)元件，并從流體力學(xué)與傳質(zhì)性能方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)以及模擬的相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)一定孔徑與結(jié)構(gòu)的泡沫碳化硅系列傳質(zhì)元件具有明顯增大氣液相界面面積、提高氣液接觸均勻性等性能，從而可以大幅度提高氣液傳質(zhì)與分離效率，達(dá)到精餾過(guò)程的強(qiáng)化與節(jié)能目標(biāo)。為進(jìn)一步探究多孔泡沫材料對(duì)精餾過(guò)程的強(qiáng)化機(jī)制，本文作者課題組從流體流動(dòng)、固液接觸與氣液接觸方式等角度進(jìn)行了分析和探討，同時(shí)也在探究多孔泡沫材料對(duì)體系熱力學(xué)方面是否存在影響，本文內(nèi)容即是關(guān)于多孔泡沫材料對(duì)氣液相平衡影響的實(shí)驗(yàn)探究。

在多孔介質(zhì)方面研究可追溯到毛細(xì)管精餾這一工藝，它能夠明顯“突破共沸點(diǎn)”，強(qiáng)化部分體系的氣液分離過(guò)程，引發(fā)了毛細(xì)效應(yīng)對(duì)氣液分離過(guò)程影響的諸多研究。多孔介質(zhì)獨(dú)特的微納米空間結(jié)構(gòu)為探究多孔介質(zhì)材料強(qiáng)化氣液分離的本質(zhì)及機(jī)理提供了新的思路，許多學(xué)者進(jìn)行了微納米級(jí)孔徑大小的多孔介質(zhì)對(duì)氣液相平衡影響的研究?；陂_(kāi)爾文方程理論描述的界面曲率對(duì)純物質(zhì)飽和蒸氣壓的影響，探究曲率界面下的二元體系氣液相平衡。Shardt 等將界面曲率引入多組分氣液相平衡的預(yù)測(cè)中，以吉布斯熱力學(xué)為基礎(chǔ)計(jì)算出作為曲率函數(shù)的相圖曲線，研究了界面曲率對(duì)甲醇/乙醇和乙醇/水混合體系氣液相平衡的影響。依據(jù)廣義開(kāi)爾文方程的研究結(jié)果表明，小于100nm的正曲率（曲率內(nèi)為液體）可以增強(qiáng)兩物質(zhì)的分離，負(fù)曲率則相反。Shin等利用頂空氣相色譜法探究了孔徑為84μm±40μm 的燒結(jié)金屬以及實(shí)際孔徑35μm±16μm的多孔玻璃等多孔介質(zhì)材料對(duì)醇/水體系、非醇/水體系等溫氣液相平衡的影響，通過(guò)在液氣界面放置微米級(jí)孔徑的多孔玻璃、燒結(jié)金屬板確保氣液固三相接觸處形成氣液界面。研究結(jié)果反映在等溫氣液平衡相圖上，對(duì)乙醇/水和丙醇/水二元體系，多孔玻璃的存在使得氣相中醇的濃度增加4%～7%，但在孔徑稍大的燒結(jié)金屬板存在時(shí)氣相中含量差異可以忽略不計(jì)；對(duì)極性差異較小的甲醇/異丙醇和乙醇/正辛烷體系，氣相中醇濃度的增加小于1%。表明：在多孔介質(zhì)呈現(xiàn)出了不同于常規(guī)大平面的具有曲率的氣液界面，以孔徑表征界面曲率，在相同的溫度壓力條件下，界面曲率對(duì)氣液相平衡的影響隨著孔徑的增大而降低，即孔徑越小對(duì)氣液相平衡的影響越大；同時(shí)與不同物質(zhì)分子間的相互作用，如固液分子間的色散、極性表面力等有關(guān)。此外，Yeh等在孔徑為13.5μm的多孔燒結(jié)不銹鋼板存在下對(duì)環(huán)己烷/乙醇體系的等溫氣液相平衡進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究以及Tang等利用頂空氣相色譜（HSGC）在分子篩（3A、4A、5A，13X）、活性氧化鋁球（AAB）存在時(shí)對(duì)乙醇/乙酸乙酯體系的等溫氣液相平衡的影響實(shí)驗(yàn)，表明固液界面的相互作用不能忽略，從而改變了毛細(xì)介質(zhì)中的氣液相平衡，認(rèn)為毛細(xì)多孔介質(zhì)中二元體系氣液相平衡的變化是溶劑和多孔介質(zhì)間相互作用及孔徑大小的函數(shù)。

綜上文獻(xiàn)報(bào)道，多孔介質(zhì)對(duì)氣液相平衡影響的實(shí)驗(yàn)受技術(shù)方法以及微尺度限制而具有一定難度，目前只有在靜態(tài)的等溫氣液平衡測(cè)定中引入多孔介質(zhì)，控制多孔介質(zhì)處于氣液界面處，采用頂空氣相色譜法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，且相關(guān)文獻(xiàn)中沒(méi)有明確氣液兩相的同時(shí)取樣分析。也有評(píng)論指出，在一定的多孔介質(zhì)存在下，將固液分子相互作用的吸附效應(yīng)作為影響氣液平衡的原因是不合適的。此外，氣液相平衡應(yīng)在相應(yīng)條件下同時(shí)對(duì)氣液兩相進(jìn)行直接采樣分析。綜述相關(guān)研究，多孔介質(zhì)對(duì)氣液相平衡的影響因素可以概括為：①微氣液界面曲率；②固液分子相互作用。在已報(bào)道的多孔介質(zhì)存在下氣液平衡實(shí)驗(yàn)中，控制的關(guān)鍵點(diǎn)是確保液氣界面保持在多孔介質(zhì)中，即氣液平衡過(guò)程中平衡氣相需要在接觸多孔介質(zhì)的同時(shí)形成，探究多孔泡沫材料對(duì)二元體系氣液相平衡的影響，亟需開(kāi)發(fā)符合氣液相平衡測(cè)定原理的相平衡裝置。

本文選用泡沫碳化硅材料，通過(guò)動(dòng)態(tài)的氣液雙循環(huán)法進(jìn)行其對(duì)二元體系氣液相平衡影響的研究。首先完成了對(duì)氣液雙循環(huán)相平衡釜的改裝以用于多孔泡沫材料對(duì)二元體系氣液相平衡影響的實(shí)驗(yàn)，并驗(yàn)證了裝置的可靠性。其次進(jìn)行了泡沫碳化硅存在下乙醇/乙酸乙酯體系常壓（101.325kPa）氣液相平衡數(shù)據(jù)的測(cè)定。最后，采用表面濕法刻蝕成功制得具有表面微孔的泡沫碳化硅材料，進(jìn)行了該表面微孔碳化硅存在下乙醇/乙酸乙酯、乙醇/環(huán)己烷體系的常壓（101.325kPa）氣液相平衡的測(cè)定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 多孔泡沫碳化硅材料

依據(jù)相平衡裝置結(jié)構(gòu)（氣液平衡腔）確定泡沫碳化硅的結(jié)構(gòu)尺寸為內(nèi)徑20.5mm、厚度4.0mm 的柱形碳化硅，如圖1所示。實(shí)驗(yàn)中，泡沫碳化硅的多孔結(jié)構(gòu)由孔筋形成，選用泡沫碳化硅的宏觀孔徑分別為0.5mm和1.0mm（孔的大小受材料性質(zhì)及制造工藝技術(shù)的限制，孔徑為宏觀尺度上的孔徑≥0.5mm）。另外，對(duì)孔徑1.0mm的泡沫碳化硅進(jìn)行刻蝕處理以制備表面微孔，對(duì)宏觀大孔和表面微孔兩種不同孔徑泡沫碳化硅存在下進(jìn)行氣液相平衡實(shí)驗(yàn)。

圖1 多孔泡沫碳化硅材料

1.2 碳化硅表面微孔制備

1.2.1 微孔制備

采用氫氧化鈉刻蝕法對(duì)孔徑為1.0mm的泡沫碳化硅進(jìn)行表面微孔制備，以獲得微米級(jí)（100μm）的孔徑大小。利用氫氧化鈉溶液腐蝕去除泡沫碳化硅中的硅形成微孔，具體操作方法為：首先將泡沫碳化硅浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的NaOH溶液中煮沸2h，然后在100℃下烘干。

1.2.2 微孔表征

通過(guò)Inspect F50型掃描電子顯微鏡觀測(cè)泡沫碳化硅表面和橫截面形貌。在20kV 加速電壓下，泡沫碳化硅整體形貌如圖2(a)所示，刻蝕前后微觀形貌如圖2中(b)、(c)所示?？梢钥闯雠菽蓟栌煽捉詈烷_(kāi)口孔隙構(gòu)成，孔筋節(jié)點(diǎn)相連形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)氫氧化鈉溶液刻蝕后，在泡沫碳化硅孔筋上形成了微納米級(jí)的微孔，如圖2(c)所示。

圖2 泡沫碳化硅電鏡掃描圖像

使用Micromeritics公司的AutoPore IV 9500（壓力 范 圍0.10～60000.00psi， 絕 對(duì) 壓 力， 1psi=6.895kPa），通過(guò)壓汞孔隙率測(cè)定法分析泡沫碳化硅的孔徑尺寸?？涛g后的泡沫碳化硅孔徑尺寸分布如圖3所示，可以看出刻蝕后泡沫碳化硅表面微孔尺寸主要分布在100nm～100μm之間。

圖3 刻蝕后泡沫碳化硅的汞侵入累積孔體積和孔徑分布

1.3 氣液相平衡實(shí)驗(yàn)

1.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

自行設(shè)計(jì)的氣液雙循環(huán)玻璃平衡釜如圖4 所示，該裝置主要由沸騰室（3）、平衡室（6）、測(cè)溫部分（9）、兩側(cè)氣液循環(huán)部分（4）與取樣點(diǎn)（10、11）五部分組成。在該相平衡裝置的平衡室中，通過(guò)在測(cè)溫管外緊密包覆多孔泡沫碳化硅材料，使氣液兩相界面形成于碳化硅材料內(nèi)部或表面，用以探究多孔泡沫碳化硅對(duì)二元體系氣液相平衡的影響。

圖4 氣液雙循環(huán)相平衡釜裝置

1.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟

氣液雙循環(huán)玻璃平衡釜裝置的氣液相平衡測(cè)定原理與實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：裝置左右兩側(cè)冷凝管通冷凝水，在錐形沸騰室內(nèi)加入一定量?jī)山M分混合物，打開(kāi)加熱板的加熱與攪拌開(kāi)關(guān)。加熱后，上升蒸氣混合物進(jìn)入平衡室，在平衡室內(nèi)的測(cè)溫管表面形成液相液膜流下并通過(guò)左側(cè)U形管形成液封后返回沸騰室形成液相的循環(huán)；剩余蒸氣經(jīng)過(guò)右側(cè)冷凝管形成氣相冷凝液并返回沸騰室內(nèi)形成氣相的循環(huán)。調(diào)節(jié)加熱板加熱功率，保持氣液兩相冷凝量為2～3滴。氣液兩相的接觸在測(cè)溫管表面完成。進(jìn)料組成一定情況下待整個(gè)體系達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)（精度0.01℃）顯示的相界面溫度示數(shù)穩(wěn)定不變，在左右兩側(cè)取樣口抽取氣液兩相樣品并用氣相色譜儀分析得到相應(yīng)溫度下的氣液兩相組成。該裝置中，平衡室部分外有真空夾套并采用保溫棉包覆來(lái)達(dá)到保溫要求，避免上升蒸氣在平衡室內(nèi)壁上遇冷凝結(jié)。通過(guò)改變沸騰室內(nèi)混合溶液的組成來(lái)改變上升蒸氣的組成，重復(fù)以上步驟可以得到一系列不同平衡溫度下相應(yīng)的氣液組成，即氣液相平衡數(shù)據(jù)??。

多孔泡沫碳化硅對(duì)氣液平衡影響的實(shí)驗(yàn)是將多孔泡沫碳化硅材料緊密包覆在測(cè)溫管外壁上，圖4標(biāo)注了其安裝位置，使氣液相界面形成于泡沫碳化硅多孔介質(zhì)中。泡沫碳化硅存在下的二元體系氣液相平衡實(shí)驗(yàn)的具體操作步驟同上。

1.3.3 實(shí)驗(yàn)藥品

本文采用乙醇/乙酸乙酯、乙醇/環(huán)己烷體系探討多孔介質(zhì)泡沫碳化硅對(duì)氣液相平衡的影響，相關(guān)性質(zhì)見(jiàn)表1。其中，乙醇/乙酸乙酯體系是常見(jiàn)的二元體系，常被用于檢驗(yàn)相平衡裝置的可靠性，且乙醇/乙酸乙酯體系具有共沸點(diǎn)，能夠突破共沸也是強(qiáng)化氣液傳質(zhì)的現(xiàn)象之一。乙醇/環(huán)己烷是極性差異較大的二元體系代表之一，也是多孔介質(zhì)對(duì)氣液相平衡影響的相關(guān)文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)中常用的物系。

表1 實(shí)驗(yàn)試劑性質(zhì)

2 結(jié)果與討論

2.1 裝置可靠性檢驗(yàn)

首先在氣液雙循環(huán)相平衡裝置中進(jìn)行了乙醇/乙酸乙酯二元常規(guī)相平衡實(shí)驗(yàn)（不安裝多孔介質(zhì)泡沫碳化硅），得到常壓下乙醇/乙酸乙酯的氣液相平衡數(shù)據(jù)，并與文獻(xiàn)[29]進(jìn)行比較，如圖5(a)、(b)所示。通過(guò)Herington 面積檢驗(yàn)法和van Ness 點(diǎn)檢驗(yàn)法，確認(rèn)氣液平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合熱力學(xué)一致性，即所得氣液平衡數(shù)據(jù)在熱力學(xué)上是一致的，且實(shí)驗(yàn)值與文獻(xiàn)值吻合良好，表明本實(shí)驗(yàn)中的氣液雙循環(huán)相平衡裝置測(cè)得的氣液相平衡數(shù)據(jù)是可靠的。

圖5 常壓下常規(guī)乙醇/乙酸乙酯體系氣液相平衡圖

2.2 泡沫碳化硅對(duì)相平衡的影響

按照氣液相平衡實(shí)驗(yàn)步驟，進(jìn)行常規(guī)（不安裝泡沫碳化硅）以及孔徑為0.5mm、1.0mm的兩種泡沫碳化硅分別存在的條件下乙醇/乙酸乙酯體系常壓氣液相平衡數(shù)據(jù)的測(cè)定并繪制氣液平衡相圖，如圖6(a)、(b)所示。

實(shí)驗(yàn)得到不同孔徑泡沫碳化硅存在下乙醇/乙酸乙酯的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪制在氣液平衡相圖上?？梢钥闯?，與常規(guī)情況相比，本實(shí)驗(yàn)中兩種孔徑的泡沫碳化硅存在時(shí)，氣液平衡?曲線無(wú)明顯變化。0.5mm 孔徑的泡沫碳化硅存在下共沸點(diǎn)（0.458，0.458）與常規(guī)條件下一致；1.0mm孔徑的泡沫碳化硅存在下共沸點(diǎn)（0.434，0.434），共沸點(diǎn)的偏移量很小。圖6(b)中，0.5mm 孔徑的泡沫碳化硅存在下乙醇/乙酸乙酯體系的??曲線整體向下偏移，分析是由于0.5mm孔徑的泡沫碳化硅具有一定的致密性，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溫度的測(cè)量稍有影響。1.0mm 孔徑的泡沫碳化硅存在下與常規(guī)乙醇/乙酸乙酯體系氣液平衡在??圖上沒(méi)有明顯差異?？梢?jiàn)，本研究中0.5mm、1.0mm孔徑的泡沫碳化硅對(duì)乙醇/乙酸乙酯體系的氣液相平衡無(wú)明顯影響，主要原因可能在于界面曲率與孔徑大小成反比，1.0mm和0.5mm的孔徑不足以形成較大的界面曲率以影響氣液相平衡。

圖6 不同孔徑泡沫碳化硅存在時(shí)乙醇/乙酸乙酯體系常壓氣液相平衡圖

2.3 泡沫碳化硅表面微孔對(duì)相平衡的影響

對(duì)孔徑為1.0mm的泡沫碳化硅進(jìn)行表面微孔的制備。刻蝕后形成100nm～100μm 孔徑范圍的表面微孔的泡沫碳化硅存在下測(cè)定乙醇/乙酸乙酯、乙醇/環(huán)己烷體系的氣液平衡數(shù)據(jù)。

2.3.1 乙醇/乙酸乙酯

在表面微孔的泡沫碳化硅存在下測(cè)得乙醇/乙酸乙酯體系常壓氣液平衡如圖7(a)、(b)所示。

如圖7(a)、(b)所示，本實(shí)驗(yàn)中具有孔徑小于100μm 表面微孔的泡沫碳化硅對(duì)乙醇/乙酸乙酯體系的氣液相平衡無(wú)明顯影響，表面微孔的存在下共沸點(diǎn)=0.436 與1.0mm 孔徑的泡沫碳化硅存在下的=0.434 基本相同。在Tang 等在分子篩（5A、4A、3A、13X）對(duì)乙醇/乙酸乙酯體系氣液相平衡的影響實(shí)驗(yàn)中，50℃下進(jìn)行的靜態(tài)等溫氣液平衡測(cè)定發(fā)現(xiàn)?曲線出現(xiàn)明顯偏移且“突破共沸點(diǎn)”。Tang 等認(rèn)為分子篩存在下，該?曲線出現(xiàn)明顯變化的原因是分子篩的吸附作用，不同物質(zhì)分子的極性不同，分子篩吸附能力大小也不同。通過(guò)分析Tang 等的實(shí)驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想的原因可能有二：一是刻蝕形成的微孔相較于分子篩孔徑大；二是本文實(shí)驗(yàn)是在氣液雙循環(huán)進(jìn)行的等壓氣液平衡，在氣液趨于平衡的過(guò)程中，泡沫碳化硅的吸附達(dá)到飽和，吸附效應(yīng)不再發(fā)揮作用。

圖7 泡沫碳化硅刻蝕前后乙醇/乙酸乙酯體系常壓氣液平衡圖

2.3.2 乙醇/環(huán)己烷

對(duì)乙醇/環(huán)己烷體系在表面微孔的泡沫碳化硅存在下測(cè)得常壓氣液平衡如圖8(a)、(b)所示。

圖8 泡沫碳化硅刻蝕前后乙醇/環(huán)己烷體系常壓氣液平衡圖

結(jié)果可以看出，刻蝕形成表面微孔的泡沫碳化硅對(duì)乙醇/環(huán)己烷體系的氣液相平衡無(wú)明顯影響，?圖及??圖曲線均無(wú)明顯差異。對(duì)環(huán)己烷/乙醇體系，Yeh等在13.5μm孔徑的多孔燒結(jié)不銹鋼板存在時(shí)該體系在25℃下的等溫氣液相平衡實(shí)驗(yàn)中，得到氣相組成大于95%（環(huán)己烷）。Yeh 等認(rèn)為是多孔燒結(jié)不銹鋼板表面與不同極性的乙醇、環(huán)己烷分子之間作用力大小不同，即毛細(xì)多孔介質(zhì)中二元混合物氣液平衡的變化與液體和多孔介質(zhì)之間相互作用有關(guān)。分析后認(rèn)為，本文實(shí)驗(yàn)中100μm孔徑的表面微孔泡沫碳化硅對(duì)乙醇/環(huán)己烷體系沒(méi)有明顯影響的原因，一是在傳統(tǒng)常規(guī)氣液相平衡測(cè)量原理上進(jìn)行的泡沫碳化硅存在下氣液相平衡的測(cè)定，氣液兩相流量較大且不斷接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，固液相互作用無(wú)法表現(xiàn)在宏觀現(xiàn)象中；二是刻蝕后的泡沫碳化硅表面微孔孔徑分布范圍較大，表面微孔孔徑對(duì)氣液平衡的影響沒(méi)有能夠在宏觀的氣液平衡現(xiàn)象中得到體現(xiàn)。

2.4 不同氣液界面處的氣液相組成

針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可能由于氣液兩相流量過(guò)大而使得泡沫碳化硅多孔介質(zhì)的影響不明顯這一結(jié)果，在氣液雙循環(huán)相平衡釜中進(jìn)行了“小循環(huán)量下氣液界面處氣液相組成實(shí)驗(yàn)測(cè)試”。對(duì)照條件為液相液膜的形成條件，一是在常規(guī)氣液相平衡中光滑玻璃管表面形成液相液膜（常規(guī)氣液平衡測(cè)定裝置），另一條件是在具有表面微孔的泡沫碳化硅孔結(jié)構(gòu)中形成液相液膜。實(shí)驗(yàn)操作與相平衡測(cè)量過(guò)程大致一致，通過(guò)調(diào)節(jié)減小加熱板加熱功率，降低上升蒸氣量，從而降低在多孔泡沫材料上的液相流量，以液相的收集速率表示系統(tǒng)循環(huán)量的大小。在釜內(nèi)溶液同一初始組成下，調(diào)節(jié)加熱板加熱功率，保持液相循環(huán)速率在某一值下穩(wěn)定不變（穩(wěn)定時(shí)間大于90min，且不同循環(huán)量對(duì)應(yīng)溫度不同），得到不同液相循環(huán)流量下的氣、液相組成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9 所示，其中，與對(duì)角線相交的細(xì)實(shí)線為乙醇?乙酸乙酯體系在常規(guī)條件下的氣液平衡?曲線；“無(wú)碳化硅（常規(guī)）”數(shù)據(jù)點(diǎn)，是在與常規(guī)氣液平衡測(cè)定裝置一致的情況下測(cè)定的小循環(huán)量下的部分氣、液相組成數(shù)據(jù)；“碳化硅存在下”數(shù)據(jù)點(diǎn)是在安裝微孔碳化硅后測(cè)定的小循環(huán)量下的氣、液組成數(shù)據(jù)。

圖9 不同液相循環(huán)流量下的氣、液相組成

如圖9 所示發(fā)現(xiàn)，隨著液相流速的減小，氣、液組成與常規(guī)氣、液相組成的偏差越大；且相近液相流速下，有泡沫碳化硅存在時(shí)氣、液組成與氣液平衡曲線的偏差更大。多孔泡沫碳化硅的存在對(duì)相應(yīng)氣液界面處的氣液組成是有影響的，結(jié)合前期泡沫碳化硅存在下的氣液相平衡實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為泡沫碳化硅對(duì)氣液分離過(guò)程的熱力學(xué)性質(zhì)有影響，但由于實(shí)驗(yàn)條件及技術(shù)的限制，本實(shí)驗(yàn)還未能清晰定量地表達(dá)出泡沫碳化硅對(duì)氣液相平衡影響的大小。故對(duì)由于多孔介質(zhì)的存在形成的具有曲率的氣液界面應(yīng)當(dāng)作為氣液分離過(guò)程強(qiáng)化因素的一個(gè)研究方向，對(duì)未來(lái)在實(shí)驗(yàn)方案與實(shí)驗(yàn)技術(shù)方面提出了更高的要求。

3 結(jié)論與展望

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)定氣液相平衡數(shù)據(jù)的方法符合氣液平衡測(cè)定原理，即能夠達(dá)到平衡狀態(tài)并對(duì)氣液兩相同時(shí)取樣分析，并滿足了使多孔泡沫材料介入氣液界面以探究多孔泡沫材料對(duì)氣液相平衡影響的研究目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有顯示出多孔泡沫碳化硅對(duì)乙醇/乙酸乙酯、乙醇/環(huán)己烷二元體系的氣液相平衡的明顯影響，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析認(rèn)為：一是在氣液雙循環(huán)操作下的大體量氣液接觸傳質(zhì)過(guò)程中，多孔介質(zhì)的固液相互作用引起的吸附效應(yīng)等因素在氣液平衡過(guò)程中達(dá)到飽和后不再發(fā)揮作用；二是多孔泡沫材料孔徑的大小不足以形成較大的界面曲率，曲率效應(yīng)沒(méi)有得到體現(xiàn)；三是盡管通過(guò)刻蝕處理得到的泡沫碳化硅表面微孔曲率很大，但由于氣液相平衡測(cè)試中液相流量過(guò)大而導(dǎo)致微孔被填滿，從而沒(méi)有在氣液固三相接觸處形成微尺度大曲率的氣液相界面，表面微孔的特征沒(méi)有在實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮作用。本文最后也通過(guò)調(diào)整液相循環(huán)量進(jìn)行的不同液相循環(huán)流量下氣液界面處氣液相組成實(shí)驗(yàn)測(cè)試，由于泡沫碳化硅的存在，在多孔材料表面形成的氣液界面對(duì)氣液分離過(guò)程有明顯影響，但由于現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件及技術(shù)限制難以捕捉到多孔泡沫材料對(duì)處于穩(wěn)態(tài)過(guò)程的氣液相平衡特性的影響，需要進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法來(lái)深入探究氣液界面曲率對(duì)氣液相平衡的影響。

多孔泡沫材料對(duì)二元體系氣液相平衡的影響探究中，正如評(píng)論指出，將固液分子相互作用的吸附效應(yīng)作為影響氣液相平衡的原因是不合適的，因此，通過(guò)氣液界面曲率來(lái)探究多孔泡沫材料對(duì)氣液平衡影響的實(shí)驗(yàn)需要排除吸附作用的影響，且可以進(jìn)一步控制氣、液相的循環(huán)量以形成理想中的微曲率相界面。本文在多孔介質(zhì)對(duì)二元體系氣液平衡影響的實(shí)驗(yàn)研究方面做出了嘗試，為進(jìn)一步研究提供了思路和方向，在實(shí)驗(yàn)技術(shù)及裝置方面需要不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，如氣液循環(huán)量的控制以及可視化窗口對(duì)氣液循環(huán)過(guò)程現(xiàn)象的觀察；在多孔介質(zhì)材料方面，開(kāi)發(fā)孔徑更小且分布均勻的多孔制備方法以及進(jìn)行孔徑大小與氣液界面曲率關(guān)系的探究等，從而完成多孔泡沫材料對(duì)二元體系氣液相平衡影響的更進(jìn)一步分析和探索?？傊?，多孔泡沫材料對(duì)精餾過(guò)程的強(qiáng)化作用是顯而易見(jiàn)的，但其強(qiáng)化作用的關(guān)鍵機(jī)制仍有待更多投入與深入探究，將微觀尺度上的強(qiáng)化作用有效地集成放大會(huì)對(duì)氣液傳質(zhì)分離過(guò)程的強(qiáng)化以及分離過(guò)程的發(fā)展具有重要意義。