膜吸收過程傳質(zhì)強(qiáng)化研究.pdf

1、膜吸收技術(shù)是脫除CO2等溫室氣體最有前途的方法之一。然而,多孔膜的存在導(dǎo)致近膜壁面處溶質(zhì)濃度分布不均(微觀層面)以及中空纖維膜接觸器殼程流體流動狀態(tài)的非理想性(宏觀層面),給膜吸收傳質(zhì)過程帶來了不利的影響。本文針對這兩類問題系統(tǒng)地進(jìn)行了膜吸收過程的傳質(zhì)強(qiáng)化研究。
　　 通過理論分析,提出了膜吸收過程的傳質(zhì)強(qiáng)化方法,建立數(shù)學(xué)模型對傳質(zhì)強(qiáng)化過程進(jìn)行了描述和預(yù)測。利用添加固相微粒擾動液相邊界層,改善了近膜壁面處溶質(zhì)濃度分布的不均性；在

2、殼程吸收劑中添加細(xì)微粒子或引入外源振蕩,加強(qiáng)了中空纖維膜接觸器內(nèi)殼程流體的徑向混合,改善了殼程流體的非理想性。具體闡述如下:
　　 基于表面更新理論并通過傳質(zhì)區(qū)域的劃分,建立了固相粒子強(qiáng)化膜吸收過程的傳質(zhì)模型?？疾炝斯滔嗔Ｗ庸毯?、多孔膜孔隙率、吸收劑pH值、粒子粒徑等因素對強(qiáng)化過程的影響,使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對模型結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,二者吻合良好。所建立的傳質(zhì)模型,可較好地對固相粒子強(qiáng)化膜吸收傳質(zhì)過程進(jìn)行描述和預(yù)測。
　　 研究了吸

3、收劑中固相粒子的引入對膜吸收過程近膜壁面處傳質(zhì)行為的影響。為屏蔽膜器結(jié)構(gòu)以及殼程非理想性對過程的影響,采用板式膜接觸器進(jìn)行相關(guān)研究。固相粒子沿膜壁面的切向運(yùn)動使得膜壁面處溶質(zhì)濃度分布趨于均勻,垂直于膜壁面的法向運(yùn)動擾動邊界層,減小了傳質(zhì)阻力。固相粒子的加入在一定程度上減小了不同孔隙率膜之間的傳質(zhì)效果差異,同時(shí)還強(qiáng)化了傳質(zhì),且孔隙率越小固相粒子的強(qiáng)化效果越大。
　　 為改善殼程流體流動的非理想性,提出了一種通過向吸收劑中引入細(xì)微粒

4、子強(qiáng)化中空纖維膜吸收傳質(zhì)過程的技術(shù)。吸收過程中,采用超聲將固相粒子懸浮在液相吸收劑中。粒子的加入使傳質(zhì)系數(shù)提高40％以上,對裝填因子較大的膜器強(qiáng)化效果更佳。通過示蹤實(shí)驗(yàn)獲得了固相粒子的傳質(zhì)強(qiáng)化機(jī)理:固相粒子的加入減弱了示蹤曲線的拖尾現(xiàn)象,加強(qiáng)了殼程流體在徑向上的混合,有效地改善了殼程流體的流動狀態(tài),進(jìn)而強(qiáng)化了傳質(zhì)過程。
　　 采用振蕩器帶動膜接觸器發(fā)生振蕩的方式,將傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)與示蹤實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,研究了振蕩對中空纖維膜器殼程流體流動狀