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膜吸收过程孔隙率对传质性能的影响及非理想流动模型化研究

游伟

   膜吸收技术是将膜分离技术与传统吸收技术相耦合的一种新型分离技术。在膜吸收过程中,气液两相分别在膜两侧独立流动,在膜微孔处接触并发生传质。与传统吸收过程相比,该技术具有传质比表面积大、传质速率速率快、两相流量可任意改变等优点,且不受雾沫夹带、液泛等操作条件的限制。膜吸收技术在脱除挥发性有机物(VOCs)、废水处理、以及工业酸性气体脱除等领域有广阔的应用前景。 选择八种不同孔隙率的板式膜,以纯CO_2气体作为被吸收气体,以清水和不同pH值NaOH溶液作为吸收剂,分别进行了非稳态和稳态膜吸收实验,考察了膜孔隙率对传质系数的影响。实验结果表明,对于非稳态膜吸收过程,当吸收剂pH值在7~11时,孔隙率对传质系数几乎没有影响;当吸收剂pH值为12和13时,传质系数随着孔隙率的增大而增大,且随着pH值的增大,这种影响愈加明显。对于稳态膜吸收过程,当吸收剂pH值在7~11时,在液相流速较低范围内孔隙率对传质系数没有影响,而液相流速较高时孔隙率越大,传质系数越大;当吸收剂pH值为12和13时,即使在低流速下,孔隙率对传质系数也有影响,且影响的程度随着流速和吸收剂pH值的增大而增大。在实验基础上,回归了稳态膜吸收过程的传质关联式,并用孔隙率对其进行修正,得到了更为准确的传质关联式。 在实验研究基础上,对孔隙率影响膜吸收过程传质性能的原因进行了分析,认为孔隙率对传质系数的影响与两个因素有关,分别为液相边界层厚度,和半孔时间b。当l<b时,溶质在液相侧膜表面的切向扩散不能覆盖整个膜表面,孔隙率对传质系数有影响;当l≥b时,溶质在液相侧膜表面的切向扩散能覆盖整个膜表面,孔隙率对传质系数没有影响。 中空纤维膜吸收器壳程非理想流动导致传质模型预测与实验值偏差较大,建立了可用于描述中空纤维膜吸收器壳程非理想流动的全混釜多釜串联传质模型,研究了中空纤维膜吸收器壳程非理想流动对其传质性能的影响,并对中空纤维膜吸收器的总传质系数进行了估算,模型预测与实验结果之间的比较表明,多釜串联传质模型可以较为准确地预测中空纤维膜吸收器的传质性能,多釜串联传质模型有助于中空纤维膜吸收器的设计与优化。……   
[关键词]:膜吸收;孔隙率;膜接触器;多釜串联
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:北京化工大学2007年