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管式膜微滤悬浮液的模型建立及模拟研究

李胜利

  在微滤的应用过程中,最主要的问题是膜透过液流率随时间变化下降很快,其关键所在是浓差极化和膜污染。尽管已有研究者建立了微滤过程的机理模型,但都有其不完善之处。本文主要针对管状炭膜微滤悬浮液系统进行研究,通过建立模型对系统进行模拟研究,并与实验数据对比,建立能正确反映实际过程的机理模型。通过分析实际微滤过程的通量曲线,本文将整个微滤过程分为三个阶段,即通量迅速下降阶段(膜孔堵塞阶段)、饼层形成阶段和稳定(或拟稳定)阶段。在此基础上建立了微滤过程的数学模型。为了使模拟过程中各个阶段模型能够更好的转换,在模拟过程过程中引入一个模型转换时间概念。并在微滤的第三个阶段中引入一个变化的饼层孔隙率函数,来取代以往模型中假定的固定值。论文还在管状炭膜错流微滤钛白悬浮液实验的基础上,利用所建立的微滤机理模型预测了在不同流量、温度、压力和料液浓度下的膜通量值及其变化规律,模拟出的渗透通量值与实验值吻合较好,证明了渗透通量预测方法的可行性和准确性。在此基础上,本文利用所建模型计算出了微滤过程中颗粒沉积的临界粒径、饼层阻力、饼层孔隙率及饼层厚度增长速度随时间的变化趋势:采用固定的饼层孔隙率和变化的饼层孔隙率分别对实验过程进行了模拟,从与实验数据的比较结果可以看出,引入一个变化的饼层孔隙率函数,能够更好地模拟出微滤过程中饼层阻力的变化。为了验证所建模型的准确性,本文还将其与文献中的模型进行了对比研究,结果表明,本文所建立的模型能够更好体现炭膜微滤过程渗透通量随时间的变化,进一步证明了所建模型的优越性。本文首次提出了模型转换时间的概念及采用了一个变化的孔隙率函数来代替以往模拟过程中固定的孔隙率数值,所建的管状膜微滤过程机理模型可用于管式膜微滤过程膜渗透通量预测、指导膜过程设计及过程优化,并对炭膜微滤在各个领域的应用有着重要的理论指导价值。……   
[关键词]:错流微滤;污染机理;炭膜;数学模型;悬浮液
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:大连理工大学2006年