膜吸收過程傳質性能的研究.pdf

1、膜吸收技術是將膜分離技術與傳統(tǒng)氣體吸收技術相耦合的新型分離技術。在膜吸收過程中，氣液兩相分別在膜兩側流動，在膜微孔處接觸發(fā)生傳質。由于膜吸收這個特點，使得該技術能克服傳統(tǒng)氣體吸收塔液泛、霧沫夾帶、負荷限等缺點，并具有單位體積接觸面積大、通量大、可任意改變兩相的流量等優(yōu)點。該過程所使用的膜多是固體多孔膜。多孔膜本身不具有分離作用，只起到分隔兩相和固定相界面的作用。 目前，膜吸收過程傳質性能的研究遠不能滿足理論研究和工程應用的需要，

2、故對其深入進行實驗和理論研究，具有重要的理論意義和實際價值。 本文主要從以下幾方面對膜吸收過程的傳質性能進行了實驗和理論研究： (1)選用具有不同微觀結構的板式膜，采用合適的操作流程和反應分離體系(慢速吸收體系：純CO2-去離子水；快速吸收體系：純CO2-NaOH溶液)，放大液相傳質阻力，深入的研究了膜微孔大小、膜厚度、孔隙率、膜微孔形態(tài)等因素對膜吸收過程傳質性能的影響。實驗結果表明，膜厚度不影響膜吸收過程。膜孔隙率對膜

3、吸收傳質過程影響較復雜，對于慢傳質體系(物理吸收)，孔隙率幾乎不影響膜吸收過程的傳質性能；對于快傳質體系(化學吸收或吸收劑流速增大)，孔隙率對膜吸收過程的傳質性能有較大影響，其中大孔徑、大孔隙率的膜有利于傳質。同時，實驗結果還發(fā)現(xiàn)，膜厚度和孔隙率對傳質的影響與膜微孔形態(tài)(拉伸孔和柱狀孔)無關。 (2)建立了描述溶質在液相側膜表面微孔處二維擴散傳質行為的數(shù)學模型，分析了孔隙率等因素對膜吸收過程傳質的影響。研究結果表明孔隙率影響膜吸

4、收過程傳質性能的實質是溶質在液相側膜表面的濃度分布，溶質在液相側膜表面的切向方向不能完全覆蓋整個膜表面，從而影響傳質。另外，孔隙率對膜吸收過程的傳質性能影響還與吸收體系的傳質速率有關。 上述研究結果為準確計算中空纖維膜吸收過程真實傳質系數(shù)和準確關聯(lián)各項分傳質阻力，以及為中空纖維膜殼程流體流動非理想性等方面的研究提供了實驗和理論支持。 (3)選用特定實驗體系：SO2-去離子水或NaOH溶液；CO2-去離子水或NaOH溶液，

5、利用CO2和SO2在堿液吸收時的反應特性，實驗考察了中空纖維膜吸收過程中的傳質偏差現(xiàn)象。實驗結果表明，在中空纖維膜吸收SO2的過程中，存在傳質偏差現(xiàn)象；在中空纖維膜吸收CO2的過程中，則沒有傳質偏差現(xiàn)象發(fā)生。 (4)建立了中空纖維膜吸收過程中的數(shù)學模型，從數(shù)學模擬結果可知，對于一級快反應、二級慢反應的反應體系，一價離子在邊界層內的積累是造成傳質偏差的主要原因，而非前人研究所認為的是離子化強度的影響；對于一級慢反應、二級快反應的反