界面现象及其调控.ppt

表面活性物质 二、表面活性剂的性质 在水溶液表面吸附和形成胶束。 表面活性剂的两个重要参数： CMC和HLB。 (a) 稀溶液 (b) 开始形成胶束 (c) 大于cmc的溶液 图15 表面活性剂胶束的形成 ? ? CMC c 从?—c曲线可知，随c的增加，?降至最小值不再变化。此时若再增加其浓度，将形成胶束。 胶束（团）的形成和临界胶束浓度 形成临界胶团所需表面活性剂的最低浓度称为临界胶团浓度。 胶束的形状可依浓度不同而呈球状、椭球状、棒状及层状。 表面活性物质 图16 临界胶束浓度 表面活性物质 表面活性剂的许多性质在cmc处发生转折，例如电导率，渗透压、去污能力、增溶作用等。 表面活性剂溶液的性质 c 图17 CMC附近表面活性剂性质的变化 三、表面活性剂的HLB值 表面活性物质 HLB —— 亲水亲油平衡 (hydrophile-lipophile balance) HLB值 应用 1-3 消泡剂 3-6 W/O乳化剂 7-9 润湿剂 8-18 O/W乳化剂 13-15 洗涤剂 15-18 增溶剂 HLB值 在水中的状态 1-4 不能分散（不溶） 3-6 粗粒子分散 6-8 激烈搅拌呈乳状分散 8-10 呈稳定的乳状分手那 10-13 几乎透明的分散 ＞13 透明分散（溶介） 表4 HLB值范围及应用 表5 HLB值范围与状态 表面活性物质 例: 去污作用 润湿、去污、助磨、乳化、破乳（消泡） 等等。 三、表面活性剂的作用 图18 表面活性剂的洗涤作用 界面阻力与表面湍动 总传质系数 一、界面阻力 系统总阻力 界面传质系数 能克服障碍穿过界面的具有足够能量的分子所占摩尔分率称为适应系数?。 克服表面阻力所需活化能 界面阻力与表面湍动 界面传质系数kI ——组分的分子均方根速度，m/s。 cT——气相总浓度，kmol/m3。 讨论 ①在工业设备中，kI值与kG和kL相比要小得多，可忽略。 ②液体的?值一般在0.02-1.0之间。固体很小，有的甚至 低到10-9。 界面阻力与表面湍动 在空气——水的平面上加入具有表面活性的长链化合物。随表面展开用溶剂的碳链增加，单分子层的阻力也增加。 对于微小液滴的蒸发，有 W——液滴质量 ，r ——液滴半径，M——分子量， t ——时间，RI——界面阻力。 液滴越小，界面阻力所起作用越大，液滴的寿命越大。对于小液滴，表面污染所造成的RI不可忽略。 界面阻力与表面湍动 怎么改善喷雾除尘？ 在喷成12?m的微滴的水中预先添加少量十六醇，使雾滴在矿内沾上矿尘后共同沉降的时间少于雾滴蒸发的时间（寿命）。 界面阻力与表面湍动 二、表面湍动 紧靠界面的液体可能产生对流，而使传质系数有很大的增加，这种现象叫做表面湍动。 原因 液相内浓度或温度变化所造成的表面梯度。 化学吸收导致表面局部过浓，形成密度差。 液体微元的挤压和浮生效应。 相关因素 两扩散系数比值 两相运动粘度比值 导数d?/dc的大小 传质方向 界面阻力与表面湍动 由于表面张力效应所引起的界面湍动现象成为马兰戈尼（Marangoni）效应。 1. 规则界面对流 图19 规则界面对流网格模型 界面阻力与表面湍动 当表面湍动发生时，传质系数应增大?倍，?是无因次群?的函数。 沿x轴方向（表面）的波长减小和沿y轴方向（深度）波长增大都会使?值增加。 其中A为速度振幅，n和n1和为在x和y轴方向上的波数。u0为沿x轴的平均速度。 图20 ?- ?关系图 界面阻力与表面湍动 2. 不规则界面对流 若传质从相2到相1，d?/dc＜0物系。 迸发需要一个最低浓度。如对于醋酸从苯相到水相的传递，当醋酸浓度低于0.15mol/L时，就不会发生迸发。 图21 迸发机理 界面阻力与表面湍动 3. 界面湍动对界面面积的影响 传质深度小于界面湍动的深度时，此时的界面湍动将主要影响传质界面。 相界面的产生 支撑性界面（填料或固体壁等） 非支撑性界面（泡沫、雾沫、液滴等） 对于气液吸收而言，若形成界面湍动，则正系统将有利于增加传质面积。 ①对液滴形成的作用 图22 液滴的形成和聚并 界面阻力与表面湍动 ②对液滴凝聚的作用 图23 液滴的凝聚和形成 界面阻力与表面湍动 ③液膜具有固定支撑面时 图24 支撑液膜的破裂 界面调控 为了对化工新技术、新产品的界面现状进行调控、改善，而使表面性质发生变化的各种措施，称作界面调控 。 一、表面张力效应 表面张力具有物理意义的两个准数。 ——韦伯（Weber）数 ——马兰戈尼（Marangoni）数 韦伯数是小滴破碎或气体起泡的稳定性判据值。 马兰戈尼准数反应了表面张力对传质的影响。 界