管式膜微濾過程強(qiáng)化及水力學(xué)特性研究.pdf

1、微濾技術(shù)是膜分離領(lǐng)域的重要組成，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)過程中。影響微濾過程操作效率、膜分離性能的主要問題是膜污染。在膜組件中安裝湍流促進(jìn)器，能夠改善膜內(nèi)水力學(xué)流動特性，減緩顆粒在膜面的沉積，從而緩解了膜污染的形成，是被廣泛認(rèn)可的用于提高膜分離效率，強(qiáng)化微濾過程性能的有效方法之一。
　　本文自主設(shè)計搭建了具有中試規(guī)模的過濾實驗平臺，分別進(jìn)行了硅藻土和酵母菌懸浮液錯流微濾實驗研究，并在膜組件中安裝了自行設(shè)計的湍流促進(jìn)器，結(jié)合實驗與流場

2、數(shù)值模擬，驗證了湍流促進(jìn)器對微濾過程的強(qiáng)化作用。
　　(1)利用搭建好的中試實驗平臺(處理量最高為16 m3/h)分別進(jìn)行了硅藻土和酵母菌懸浮液錯流微濾實驗，考察了操作參數(shù)（進(jìn)料流量、跨膜壓差、進(jìn)料濃度）和物性參數(shù)（膜孔徑、料液顆粒粒徑分布）等對微濾性能的影響，確定了最佳的操作工藝。實驗研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)料流量為6 m3/h時，膜通量最大，達(dá)到535.54 L/m2·h，過濾阻力最低?？缒翰钤?.10-0.12 MPa范圍內(nèi)微濾性能

3、最優(yōu)。膜孔徑和懸浮液中顆粒粒徑對微濾過程污染阻力及其組成具有顯著影響。
　　(2)在管式膜組件中安裝一系列擋板組合作為湍流促進(jìn)器，考察了擋板結(jié)構(gòu)參數(shù)（擋板半徑、擋板扇形角）和擋板排列形式（擋板間距、擋板排列相位角）等對微濾過程強(qiáng)化效果的影響。實驗研究發(fā)現(xiàn)，安裝各形式擋板組合后的管式膜滲透通量均顯著高于無擋板管式膜，且過濾阻力減小。通過對比不同擋板結(jié)構(gòu)及排列對強(qiáng)化傳質(zhì)效率的影響規(guī)律，確定了最優(yōu)的湍流促進(jìn)器結(jié)構(gòu)形式。
　　(3)

4、利用計算流體力學(xué)軟件Fluent建立了添加各擋板組合的管式膜三維數(shù)值模型，模擬了膜組件內(nèi)湍流流動。考察了擋板結(jié)構(gòu)參數(shù)（擋板半徑、擋板扇形角）和擋板排列（擋板間距、擋板排列相位角）等對膜內(nèi)水力學(xué)特性的影響規(guī)律。模擬結(jié)果顯示，擋板的存在極大地增強(qiáng)了膜面剪切力及湍動能，對微濾過程的強(qiáng)化作用顯著。此外，擋板的存在也引起膜內(nèi)靜壓損失，綜合考察擋板強(qiáng)化效果極其附加能耗，確定了最優(yōu)的擋板結(jié)構(gòu)參數(shù)及排列形式。
　　模擬結(jié)果與實驗結(jié)果取得了較好的一