微通道內離子液體/乙醇混合溶液吸收CO2的傳質特性

張璠玢，朱春英，付濤濤，姜山，杜威，張沁丹，馬友光

（化學工程聯合國家重點實驗室，天津大學化工學院，天津化學化工協同創新中心，天津 300072）

微通道內離子液體/乙醇混合溶液吸收CO2的傳質特性

張璠玢，朱春英，付濤濤，姜山，杜威，張沁丹，馬友光

（化學工程聯合國家重點實驗室，天津大學化工學院，天津化學化工協同創新中心，天津 300072）

采用高速攝像儀對微通道內離子液體/乙醇混合溶液吸收CO2的傳質行為進行了實驗研究。考察了彈狀流型下氣液兩相流量比和離子液體濃度對液側體積傳質系數kLa和液側傳質系數kL的影響。當離子液體濃度不變時，kLa、kL均隨氣液流量比的升高而增大并逐漸趨于恒定。當液相流量不變時，對于不同濃度的離子液體溶液，液側體積傳質系數kLa和液側傳質系數kL隨氣液流量比的變化曲線出現了交叉點。在交叉點之前，kLa和kL均隨著離子液體濃度的增大而減小；在交叉點之后，kLa和kL均隨著離子液體濃度的增大而增大。提出了用于預測液側體積傳質系數kLa的新的量綱1經驗關聯式，預測效果良好。

微通道；離子液體；吸收；二氧化碳；傳質

引 言

近年來，CO2作為主要的溫室氣體，其過量排放造成了日益嚴重的全球溫室效應，因此，CO2的捕集和封存對于抑制溫室效應至關重要[1]。同時，由于CO2本身是一種安全、無毒、易得的碳資源，對其進行資源化利用也具有重要意義。目前，工業上廣泛采用醇胺類物質吸收CO2，如單乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)及甲基二乙醇胺(MDEA)等。醇胺吸收法吸收速率較快，但液體胺存在腐蝕設備、易揮發、吸收成本高和再生能耗大等問題[2]。

離子液體(ionic liquid，IL)是一種在室溫或接近室溫條件下呈液態、完全由離子組成的鹽。與傳統有機溶劑相比，離子液體具有低飽和蒸氣壓、不易揮發、熱穩定性好且選擇性好等優點，是一種新型的綠色溶劑。研究表明，CO2氣體在離子液體中具有較高的溶解度[3-5]。相比于H2、O2、CH4、N2等氣體，離子液體對CO2的吸收選擇性更好[6-9]。這也為煙道氣、天然氣等混合氣中CO2的吸收脫除提供了新的選擇。同時，離子液體吸收CO2的過程完全可逆，溶劑再生過程較容易實現。但是，離子液體黏度大、價格高，這也限制了其在工業生產中的廣泛應用。為此，研究者開始將離子液體與其他純溶劑進行復配來解決上述問題[5,10-15]。乙醇作為一種常用的有機溶劑，具有黏度低、安全無毒、廉價易得等特點，能夠與離子液體互溶并有效降低混合溶液的黏度。因此，離子液體/乙醇混合溶液結合了兩者各自的優點，有望成為一種新型的CO2吸收劑。

傳統工業中，CO2的吸收過程通常在吸收塔等大型設備中進行，成本高且吸收效率低。相比之下，微反應器能夠提供高比表面積，進而提高傳質效率，提高能量利用率，減小反應系統體積[16-20]，為實現CO2的高效吸收提供了可能。文獻中已有一些學者針對微通道內CO2氣體的吸收過程進行了研究。Ganapathy等[21]以CO2/N2混合氣體為分散相，DEA水溶液為連續相，得到的液側體積傳質系數比傳統吸收設備高出2～4個數量級，研究了不同通道當量直徑和不同氣液相濃度組成對壓降、吸收率、傳質系數、Sherwood數等的影響，并建立了Sherwood數的經驗關聯式。Cubaud等[22]針對蛇形長通道內水吸收CO2的過程進行了研究，考察了氣泡初始長度與初始液相分率之間的關系，并對氣體溶解規律以及通道內的流型轉變規律進行了研究。Lokhat等[23]采用降膜微反應器研究了乙二醇溶液吸收CO2的傳質過程，考察了微反應器放置角度以及氣相流量對傳質系數的影響，結果表明，在相同氣速下，液測傳質系數隨著微反應器傾斜角度的增大而增大，而在微反應器傾斜角度較小時，氣速的增大能顯著提高傳質效果。Yue等[24]分別采用水、NaHCO3/Na2CO3緩沖液以及NaOH溶液吸收CO2，研究了水力直徑為667 μm的微通道內的物理吸收和化學吸收過程，計算得到的體積傳質系數kLa為0.3～21 s-1，比傳統氣液反應器的傳質系數高1～2個數量級。Yao等[25]對微通道內乙醇水溶液吸收CO2過程進行了研究，得到了吸收過程中氣泡長度的變化規律，確定了傳質系數與乙醇水溶液濃度之間的關系。Zhu等[26]對微通道內CO2的MEA溶液化學吸收過程進行了研究，分別考察了氣液流量和MEA溶液濃度對傳質系數的影響，并建立了體積傳質系數的預測模型。然而，迄今鮮有關于微通道內離子液體/無水溶劑混合溶液吸收CO2的文獻報道。

本文利用高速攝像儀對T型微通道內彈狀流條件下IL/無水乙醇混合溶液吸收CO2的傳質過程進行了觀測記錄，采用可視化在線分析法考察了氣、液兩相流量以及混合溶液中IL濃度對氣泡長度、液側體積傳質系數和液側傳質系數的影響。考慮操作條件和離子液體濃度對傳質效果的影響，提出了新的液側體積傳質系數預測式。

1 實 驗

實驗裝置如圖1所示。分別用兩個微量注射泵（Harvard Apparatus, PHD2000, USA, 誤差為1%）驅動氣相和液相進入水平放置的微通道，氣液兩相流經微通道后進入收集瓶。微通道進口壓力由壓差傳感器（Honeywell ST3000, USA）進行測量，出口壓力為大氣壓，壓降測量誤差為0.8%。實驗過程中固定液相流量不變，改變氣相流量。每次改變流量后，待流型及壓力穩定后，采用高速攝像儀（Motion Pro Y-5, USA）對通道內氣液兩相流動及傳質過程進行實時觀測并記錄，拍攝頻率設定為1000幀/秒。

圖1 實驗裝置Fig. 1 Schematic diagram of experimental setup

氣相采用CO2氣體（質量分數≥99%，天津市六方高科技氣體供應站），液相采用不同濃度的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽[bmim][BF4]（純度≥99%，河南利華制藥公司）和無水乙醇（質量分數≥99.7%，天津科密歐化學試劑公司）混合溶液。實驗中，液相IL的質量分數wIL分別為5%、15%、25%。實驗在彈狀流條件下進行，液相體積流量QL分別為20、30、40、50 ml·h-1，氣液兩相流量比QG/QL的范圍是3～11。實驗所用液體密度通過密度儀（Anton Paar, Austria）測量，液體黏度通過全自動烏氏毛細管黏度儀（iVisc, LAUDA, Germany）測量，表面張力通過表面張力儀（OCAH200, Data Physics instruments GmbH, Germany）測量。實驗在298.15 K和常壓下進行。

微通道采用PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）材質的蛇形長通道，采用T型錯流進樣方式，主通道長度為130 mm，如圖2所示。微通道截面是400 μm×400 μm的正方形，氣液兩相進口段長度均為10 mm。

圖2 微通道結構Fig. 2 Schematic diagram of microchannel structure

2 結果與討論

實驗中觀測到的流型有彈狀-泡狀流、彈狀流、彈狀-環狀流，如圖3所示。與其他流型相比，彈狀流具有良好的流動可控性和穩定性，易于確定氣液界面和氣泡體積。因此，本文主要考察了彈狀流型下混合溶液吸收CO2的傳質過程。

圖3 第一、二段通道內的氣液兩相流型Fig. 3 Flow regimes of gas-liquid two-phase flow in the first and the second sections of microchannel (wIL=5%)

2.1 氣泡長度變化

通過對高速攝像儀拍攝的圖像進行處理，可以得到氣泡頭部和氣泡尾部的坐標，分別為xF和xR，如圖4所示。分別由LB=xF-xR和x=(xF+xR)/2計算得到氣泡長度LB和氣泡位置x，進而得到流動過程中單個氣泡長度的變化曲線，如圖5所示。

在微通道入口處，氣相在液相剪切力的作用下產生穩定的彈狀氣泡。在氣泡脫離氣相主體后，氣液兩相間存在的傳質推動力使得CO2被迅速吸收，氣泡長度顯著減小。隨著氣泡在微通道內流動，吸收過程持續進行，液相中CO2濃度逐漸增大，傳質推動力減小，吸收速率降低，氣泡長度趨于常數。固定液相流速不變，隨著氣速的增大，氣泡長度明顯增大，在流動初始階段氣泡減小的速率降低，傳質過程經歷的時間更長。圖6表示了IL濃度對氣泡長度變化的影響。在相同的氣液流量下，隨著混合溶液中IL濃度的增大，氣泡生成階段CO2的吸收量增大，得到的初始氣泡長度隨之減小。

圖4 微通道內氣液兩相流動Fig. 4 Illustration of gas-liquid two-phase flow in microchannel

圖5 氣相流量對氣泡長度變化的影響Fig. 5 Influence of gas flow rate on bubble length (wIL=5%，QL=20 ml·h-1)

圖6 IL濃度對氣泡長度變化的影響Fig. 6 Influence of IL mass fraction on bubble length (QG=100 ml·h-1，QL=20 ml·h-1)

2.2 傳質系數計算及誤差分析

在每個實驗條件下，追蹤單個氣泡在整個過程中的變化情況。當微通道內氣泡長度變化小于等于1個像素點（0.01 mm）時，認為此時吸收過程結束，氣液兩相達到傳質平衡，并計算從氣液兩相開始接觸到吸收達到平衡這一過程的平均傳質系數。每個實驗條件下，對采集的多組圖片進行分析，并取平均值。

對于彈狀氣泡，氣泡長度LB大于通道寬度w，可將氣泡視為由頭部、尾部和主體3部分組成。實驗條件下，氣泡整體呈子彈狀，其頭部和尾部呈不對稱的橢球形。本文在處理氣泡形狀時，分別將氣泡頭部和尾部作為半球形。由于實際氣泡的頭部和尾部均呈橢球形，且頭部要略小于尾部，分別取5個氣泡按實際橢球形計算頭部和尾部的體積和表面積，氣泡體積和表面積的計算誤差均小于3.4%，因此可以將氣泡頭部和尾部視為兩個對稱的半球體進行簡化計算。氣泡主體與通道壁面接觸的部分為直線，而在通道角落處為圓弧，氣泡主體的截面如圖7所示[27-28]。氣泡主體部分截面面積約占通道截面面積的90%[29]。假設氣泡主體截面在通道角落處呈90°圓弧，圓弧半徑為r，則氣泡體積和表面積由式(1)～式(3)計算得到。

圖7 氣泡主體部分截面Fig. 7 Schematic diagram of cross section of main body

比表面積a由同一時刻傳質段內所有氣泡的表面積之和As與傳質段通道體積VM之比計算得到

式中，ABi為微通道內第i個氣泡的表面積；LM表示傳質段的長度。

對于CO2在IL/無水乙醇混合溶液中的傳質過程，傳質阻力主要存在于液相側。根據質量平衡方程，得到

式中，ce是CO2在IL/無水乙醇溶液中的平衡濃度；c表示CO2在液相中的濃度。因此

對式（6）進行積分，得到

式中，t為從氣液兩相開始接觸到兩相達到吸收平衡所用的時間，可根據高速攝像儀記錄的圖像得到；c0為氣液兩相開始接觸時溶液中CO2濃度，本文中c0=0；c1為傳質過程結束時CO2在溶液中的濃度。在實驗溫度下，乙醇的飽和蒸氣壓為7.8 kPa[30]，離子液體則幾乎不揮發，蒸氣壓通常低于10-9kPa[31-32]，考慮實驗過程中氣泡在微通道內的流動時間很短，僅為0.17～1.45 s，因此本文假定吸收過程中乙醇的揮發可以忽略不計，氣相為純CO2。因此，可根據氣泡體積變化得到CO2吸收量，進而計算得到出口濃度c1

式中，P0為微通道進口處的壓力；P1為傳質過程結束時的壓力；V0為氣液間無傳質時氣泡的初始體積，由氣相流量除以氣泡生成頻率計算得到；V1為傳質過程結束時的氣泡體積；VS為傳質過程結束時與氣泡相鄰的液彈的體積；LUC為流動單元的長度，如圖4所示。

CO2在IL/無水乙醇溶液中的平衡濃度ce可由亨利定律計算得到

式中，H為亨利常數。在CO2吸收過程中，通道內壓力逐漸減小，因此式 (9) 中PCO2取平均壓力進行計算。

根據CO2分別在IL、無水乙醇兩種純溶劑中的亨利常數[33-34]，由Krichevsky[35]提出的公式，計算得到CO2在二元理想混合溶液中的亨利常數

式中，HIL、Hethanol分別表示CO2在IL和無水乙醇中的亨利常數；xIL表示混合溶液中IL的摩爾分數。

為了驗證式(10) 的準確性，采用反應釜測定了實驗采用的最大離子液體濃度（wIL=25%）混合溶液在298.15 K和低壓下吸收CO2的亨利系數：① 將裝有混合溶液的密閉反應釜抽真空，然后充入CO2氣體至初始壓力Pini=0.2 MPa，靜置8 h后系統壓力趨于恒定值Peq，因此認為吸收已達到平衡；② 利用反應釜容積V和壓差計算得到CO2吸收量Δngas=(Pini-Peq)V/RT，溶液中CO2的濃度為xCO2=Δngas/(ngas+nliquid)，并根據H=Peq/xCO2（Peq為平衡壓力）求得亨利系數。在低壓條件下，亨利系數受壓力的影響可以忽略不計，僅為溫度的函數。在實驗溫度下，測定值與式(10) 計算得到的亨利系數的相對誤差為7.2%。由于離子液體濃度越低，混合溶液越接近于理想溶液，因此可通過Krichevsky提出的方法計算混合溶液的亨利系數。

根據誤差傳遞公式以及傳質系數的計算公式，得到液側體積傳質系數kLa和液測傳質系數kL的誤差計算公式

實驗中采用的裝置主要有高速攝像機、壓力傳感器和微量注射泵。實驗過程中高速攝像機的拍攝頻率為1000幀/秒。在圖片處理過程中，傳質過程所經歷時間的誤差為0.74%。實驗中壓力傳感器給壓降測量帶來的誤差是0.8%。實驗所使用的微量注射泵的儀器誤差為1%。相關參數的測量誤差如表1所示。采用表1列出的各參數的實驗測量誤差，由式（11）、式（12）計算得到液側體積傳質系數kLa和液測傳質系數kL的誤差分別為7.34%、7.82%。

表1 相關參數的實驗誤差Table 1 Experimental errors in parameters

2.3 氣液兩相流量對傳質系數的影響

在彈狀流條件下，液側體積傳質系數kLa隨氣液兩相流量比QG/QL的變化如圖8所示。由圖8可以看出，微通道內液側體積傳質系數隨兩相氣液流量比的增大而增大，并逐漸趨于恒定，這與文獻中的結果一致[25-26,36-37]。固定液相流量不變，當氣液流量比較小時，兩相流量比的升高使得比表面積顯著增大，同時加速了氣泡與液彈的內部循環，促進了液膜的更新，強化了微通道內兩相間的傳質，液側體積傳質系數kLa隨之增大。當氣液流量比增大到一定值時，微通道內氣液兩相流型開始向彈狀-環狀流發展，兩相接觸面積趨于恒定，kLa值逐漸趨于常數。當保持氣液流量比不變，若液相流量增大時，氣相流量也將隨之增大，氣相對液相的擾動程度增加。同時，根據表面更新理論，液相流量的增加也使得表面更新速率加快，導致kLa增大。實驗中發現，當液相流量由40 ml·h-1增大到50 ml·h-1時，傳質系數kLa僅有小幅度增大。此時，液相流量對kLa的影響已不顯著。

氣液兩相流量比對液側傳質系數kL的影響如圖9所示。隨著氣液兩相流量的升高，傳質系數kL逐漸增大并趨于恒定。這與體積傳質系數kLa的變化趨勢一致。固定液相流量不變，隨著氣相流量的不斷增大，氣液兩相流型開始向彈狀-環狀流發展，傳質系數kL隨之達到最大并趨于恒定。固定兩相流量比，當液相流量增大時，液膜表面更新速率加快。同時，氣相流量隨液相流量的增大而增大，使得微通道內氣相對液相的擾動增強，促進了液彈內部循環以及液膜的更新，使得傳質效率得到強化。

圖8 氣液兩相流量比對kLa的影響Fig. 8 Influence of gas and liquid two phases flow rate ratio onkLa

2.4 混合溶液中IL濃度對傳質系數的影響

圖10示出了在固定液速條件下，IL濃度對體積傳質系數kLa的影響。一方面，隨著IL濃度的增大，混合溶液對于CO2的吸收能力增強，傳質通量增大，體積傳質系數kLa隨之增大；另一方面，IL濃度的增大也使得氣泡長度迅速減小，比表面積隨之減小，同時氣泡運動速率降低，使得氣泡在通道內的停留時間更長，體積傳質系數有所下降[26]。這兩方面因素共同影響著kLa的變化趨勢。因此，不同IL濃度溶液吸收CO2過程的體積傳質系數隨氣液流量比的增大出現了交叉。交叉點之前的氣液流量比較低，生成氣泡的初始長度較小，使得比表面積的下降成為主導因素。此時，體積傳質系數kLa隨著IL濃度的增大而降低。在交叉點之后，氣液流量比相對較大，流型開始向過渡流發展，比表面積趨于常數，IL濃度對比表面積的影響不再顯著，混合溶液對于CO2的吸收強化成為主導因素，此時，高濃度混合溶液吸收過程的體積傳質系數kLa更高。值得注意的是，在實驗范圍內的不同液速條件下，交叉點處對應的氣液流量比約為QG/QL=8。如圖11所示，微通道內IL/無水乙醇混合溶液吸收CO2過程的傳質系數kL隨IL濃度的變化趨勢與kLa大體相同。在固定液速條件下，不同IL濃度吸收CO2過程的傳質系數kL隨氣液流量比的變化也出現了交叉點。在交叉點之前，高濃度IL吸收過程的傳質系數更低；在交叉點之后，高濃度IL吸收過程的傳質系數更高。

圖9 氣液兩相流量比對kL的影響Fig. 9 Influence of gas and liquid two phases flow rate ratio onkL

本文中得到的體積傳質系數kLa的范圍是0.81～32.18 s-1，而在微通道內采用純乙醇作為溶劑的吸收過程中，液側體積傳質系數的范圍是0.4～5 s-1[38]。這也說明了離子液體的加入對于吸收效果有顯著的提升。本文中得到的傳質系數kL的范圍是(0.25×10-3～4.67×10-3) m·s-1，與Yue等[24]采用化學吸收法得到的kL具有相同的數量級。

2.5 體積傳質系數的預測

目前，已有許多學者對微通道內氣液兩相傳質過程進行了研究，并基于實驗數據提出了多種傳質系數的預測式。van Baten等[39]在Higbie滲透理論的基礎上，將氣泡分為主體部分、頭部和尾部，并認為微通道內體積傳質系數由這3部分組成。Vandu等[40]考察了微反應器內CO2-水物系的物理吸收過程，認為氣泡主體部分對傳質起主要作用，并基于流動單元長度不變的假設，得到簡化后的傳質系數預測式。值得注意的是，本文實驗中氣泡長度隨著吸收過程的進行明顯減小，而液彈長度可認為保持不變，因此流動單元長度不變的假設在這里不能成立。

Yue等[24]根據能量耗散模型，對微通道內物理吸收過程中液側體積傳質系數kLa進行了預測，發現采用式(16)能夠得到更為準確的預測模型

為了提高傳質系數預測模型的普適性，Yue等[24]還將量綱1常數Sherwood數Sh、Schmidt數Sc、Reynolds數Re與傳質系數進行關聯，得到了彈狀流條件下的關聯式

圖10 IL濃度對kLa的影響Fig. 10 Influence of IL concentration onkLa

圖11 IL濃度對kL的影響Fig. 11 Influence of IL concentration onkL

Li等[36]同樣采用量綱1關聯式預測MEA溶液吸收CO2過程的傳質性能，基于實驗結果提出了液側體積傳質系數的量綱1關聯式

根據不同預測模型計算得到的體積傳質系數預測值與實驗值的對比如圖12所示。從圖中可以看出，預測值與實驗值偏差較大。考慮到混合溶液中操作條件和IL濃度對液測體積傳質系數的影響，本文利用IL摩爾比XIL、液相Reynolds數ReL、氣液兩相流量比QG/QL、液相毛細數CaL、液相Sherwood數ShL對液側體積傳質系數kLa進行預測。根據kLa變化曲線中交叉點處對應的特征氣液流量比QG/QL，采用Matlab對實驗數據進行分段擬合，得到如下關聯式。

圖12 液側體積傳質系數預測值與實驗值的比較Fig. 12 Comparison between predicted values and experimental data of volumetric mass transfer coefficient

式(19) 和式(20) 得到的體積傳質系數預測值與實驗值相比，平均偏差分別為14.91%、10.52%，預測效果良好。

3 結 論

采用可視化在線分析法對400 μm×400 μm正方形截面微通道內IL/乙醇混合溶液吸收CO2的傳質過程進行了研究。通過對高速攝像儀拍攝的圖像進行處理，得到了氣泡長度在流動過程中的變化規律。固定液相流量不變，隨著氣相流量的升高，初始氣泡長度增大，傳質過程經歷的時間變長。當氣液兩相流量固定不變時，初始氣泡長度隨著IL濃度的增大而減小。基于傳質過程中氣泡的體積變化以及微通道進出口壓力，計算得到了傳質段的液側體積傳質系數kLa和液側傳質系數kL，并考察了氣液兩相流量以及IL濃度對傳質系數的影響。結果表明，對于相同的IL溶液和液相流量，液側體積傳質系數kLa和液側傳質系數kL均隨氣液兩相流量比的增大而增大，并逐漸趨于恒定。當固定液相流量不變時，對于不同濃度的IL溶液，傳質系數隨兩相流量比的變化曲線出現了交叉。在交叉點之前，比表面積的下降是主導因素，低濃度IL溶液吸收CO2過程的傳質系數更高；在交叉點之后，IL溶液對于CO2的吸收強化成為主導因素，高濃度IL溶液吸收CO2過程的傳質性能更好。根據實驗結果，考慮操作條件和IL濃度對傳質的影響，提出了新的液側體積傳質系數預測式，預測效果良好。

符 號 說 明

A——氣泡表面積，m2

As——氣液相界面積，m2

a——比表面積，m2·m-3

Ca——毛細數

c——濃度，mol·m-3

ce——CO2在液相中的平衡濃度，mol·m-3

DAB——擴散系數，m2·s-1

d——微通道深度，m

dh——微通道當量直徑，m

H——亨利系數，mol·m-3·Pa-1

L——長度，m

ka——體積傳質系數，s-1

n——物質的量，mol

Δngas——溶液吸收的CO2的物質的量，mol

nliquid——溶液的物質的量，mol

P——壓力，Pa

ΔP——微通道內壓力降，Pa

Peq——反應釜內的平衡壓力，Pa

Pini——反應釜內的初始壓力，Pa

Q——流量，m3·s-1

r——氣泡主體截面的圓弧半徑，m

T——溫度，K

t——傳質過程經歷的時間，s

u——表觀流速，m·s-1

V——體積，m3

w——微通道寬度，m

wIL——混合溶液中離子液體的質量分數，%

XIL——混合溶液中離子液體的摩爾比

x——微通道內氣泡的坐標，m

xCO2——溶液中CO2的摩爾分數

μ——黏度，Pa·s-1

ρ——密度，kg·m-3

σ——表面張力，N·m-1

下角標

B——氣泡

C——微通道

exp——實驗值

F——氣泡頭部

G——氣相

L——液相

M——傳質段

pre——預測值

R——氣泡尾部

S——液彈

UC——流動單元

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Mass transfer performance of CO2absorption into ionic liquid/ethanol mixture in microchannel

ZHANG Fanbin, ZHU Chunying, FU Taotao, JIANG Shan, DU Wei, ZHANG Qindan, MA Youguang
(State Key Laboratory of Chemical Engineering,Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering(Tianjin),School of Chemical Engineering and Technology,Tianjin University,Tianjin300072,China)

The mass transfer behavior of CO2absorption into ionic liquid/ethanol mixture in microchannel was investigated experimentally using a high speed camera. The influences of the ratio of gas to liquid phase flow rates, the concentration of ionic liquid on the liquid side volumetric mass transfer coefficient (kLa) and liquid side mass transfer coefficient (kL) for slug flow were studied. For a given concentration of ionic liquid, bothkLaandkLincrease gradually with increasing the ratio of gas to liquid phase flow rates and then level off. For different concentrations of ionic liquid at a given liquid phase flow rate, there is a transition point in the curve ofkLa(kL) as a function of the flow rate ratio of gas to liquid phase. Before this point,kLa(kL) decreases with increasing the concentration of ionic liquid, while reverse tendency is found after the point. A new dimensionless empirical correlation for predictingkLawas proposed, and the predicted values coincide well with the experimental data.

microchannel; ionic liquid; absorption; carbon dioxide; mass transfer

Prof. MA Youguang, ygma@tju.edu.cn

10.11949/j.issn.0438-1157.20161224

TQ 021.4

：A

：0438—1157（2017）02—0601—11

2016-09-02收到初稿，2016-11-11收到修改稿。

聯系人：馬友光。

：張璠玢（1992—），女，碩士研究生。

國家自然科學基金項目（21576186，21276175，91434204，21106093）。

Received date: 2016-09-02.

Foundation item: supported by the National Natural Science Foundation of China (21576186, 21276175, 91434204, 21106093).