荷電膜分離過程中的卷式組件和相關(guān)設(shè)備研究.pdf

1、荷電膜技術(shù)作為一種新型的分離技術(shù)，由于其獨(dú)特的荷電特性，可以進(jìn)行離子物系的分離分級，在綠色化學(xué)和清潔化工方面具有十分廣泛的應(yīng)用前景。本論文圍繞荷電膜分離過程設(shè)備開發(fā)和應(yīng)用方面進(jìn)行了相關(guān)的研究與討論。第一部分，針對現(xiàn)有板式擴(kuò)散滲析器裝填密度小、傳質(zhì)效率低的缺點(diǎn)，設(shè)計了一種全新的擴(kuò)散滲析組器——螺旋卷式擴(kuò)散滲析膜組件，并對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工業(yè)化應(yīng)用研究，實(shí)現(xiàn)了該膜組件的批量制備。第二部分，研制了一種實(shí)驗(yàn)用集成式雙極膜電滲析器，并應(yīng)用于煙酸的

2、清潔化生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究。主要結(jié)果如下:
　　1)發(fā)明了一種螺旋卷式擴(kuò)散滲析膜組件，將膜組件用于H2SO4/FeSO4料液和HCl/FeCl2料液的酸回收過程，結(jié)果顯示，兩種體系的回收率都可達(dá)85％以上，同時Fe2+的泄漏率都小于20％，采用螺旋卷式擴(kuò)散滲析膜組件的單位膜面積廢酸處理量大于小型實(shí)驗(yàn)用板框式擴(kuò)散滲析器的單位膜面積廢酸處理量，說明本螺旋卷式擴(kuò)散滲析膜組件的傳質(zhì)效率優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的板框式擴(kuò)散滲析器，而對于HCl/FeCl2體系，

3、這種優(yōu)勢更加明顯。
　　2)基于阿基米德螺線，建立了螺旋卷式擴(kuò)散滲析膜組件的幾何模型，并對其進(jìn)行了模型驗(yàn)證，誤差小于1％;對螺旋卷式擴(kuò)散滲析膜組件的傳質(zhì)模型進(jìn)行了討論分析，提出總傳質(zhì)系數(shù)的表達(dá)式。
　　3)作為螺旋卷式擴(kuò)散滲析膜組件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，研制了一種雙程螺旋卷式擴(kuò)散滲析膜組件，該新型膜組件省略了側(cè)流管，有比單程式膜組件更大的裝填密度，單位膜面積料液處理量更大。
　　4)設(shè)計加工了SWDD-01型預(yù)緊式卷膜機(jī)，可實(shí)現(xiàn)

4、1m2、5m2、10m2三個規(guī)格的膜組件的同線生產(chǎn);提出了螺旋卷式擴(kuò)散滲析膜組件產(chǎn)品的質(zhì)量控制指標(biāo)和控制方法;長期穩(wěn)定性試驗(yàn)顯示膜組件在30％硫酸介質(zhì)連續(xù)運(yùn)行6個月，膜組件不串漏;第三方性能測試結(jié)果顯示:對于HCl/AlCl3料液樣品(含Al3+0.995mol/L，H+2.96mol/L)，10平方米組件在回收酸流量達(dá)7.4mL/m2.min時H+回收率達(dá)96.9％，而Al3+截留率達(dá)99.5％;提出了螺旋卷式擴(kuò)散滲析膜組件作為廢酸回

5、收工程應(yīng)用的工藝流程和實(shí)現(xiàn)方法。
　　5)設(shè)計加工了一種集成式雙極膜電滲析器，可以滿足各種膜堆構(gòu)型的雙極膜電滲析實(shí)驗(yàn)的需要;進(jìn)行了雙極膜電滲析法由煙酸鈉清潔生產(chǎn)煙酸的實(shí)驗(yàn)，使用BP-C-BP膜堆構(gòu)型，考察了料液濃度、電流效率等操作參數(shù)對雙極膜電滲析效果（諸如能量消耗、電流效率、膜堆電壓和轉(zhuǎn)化率等）的影響，在經(jīng)濟(jì)可行的條件下煙酸鈉轉(zhuǎn)化效率可達(dá)73％，電流效率最高可達(dá)95％，產(chǎn)生每千克煙酸(0.1mol/L)的能耗最低可達(dá)4.1kWh