荷電膜分離過程中的卷式組件和相關設備研究.pdf

1、荷電膜技術作為一種新型的分離技術，由于其獨特的荷電特性，可以進行離子物系的分離分級，在綠色化學和清潔化工方面具有十分廣泛的應用前景。本論文圍繞荷電膜分離過程設備開發(fā)和應用方面進行了相關的研究與討論。第一部分，針對現有板式擴散滲析器裝填密度小、傳質效率低的缺點，設計了一種全新的擴散滲析組器——螺旋卷式擴散滲析膜組件，并對其進行結構優(yōu)化和工業(yè)化應用研究，實現了該膜組件的批量制備。第二部分，研制了一種實驗用集成式雙極膜電滲析器，并應用于煙酸的

2、清潔化生產實驗研究。主要結果如下:
　　1)發(fā)明了一種螺旋卷式擴散滲析膜組件，將膜組件用于H2SO4/FeSO4料液和HCl/FeCl2料液的酸回收過程，結果顯示，兩種體系的回收率都可達85％以上，同時Fe2+的泄漏率都小于20％，采用螺旋卷式擴散滲析膜組件的單位膜面積廢酸處理量大于小型實驗用板框式擴散滲析器的單位膜面積廢酸處理量，說明本螺旋卷式擴散滲析膜組件的傳質效率優(yōu)于現有技術的板框式擴散滲析器，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，建立了螺旋卷式擴散滲析膜組件的幾何模型，并對其進行了模型驗證，誤差小于1％;對螺旋卷式擴散滲析膜組件的傳質模型進行了討論分析，提出總傳質系數的表達式。
　　3)作為螺旋卷式擴散滲析膜組件的結構優(yōu)化，研制了一種雙程螺旋卷式擴散滲析膜組件，該新型膜組件省略了側流管，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)設計加工了SWDD-01型預緊式卷膜機，可實現

4、1m2、5m2、10m2三個規(guī)格的膜組件的同線生產;提出了螺旋卷式擴散滲析膜組件產品的質量控制指標和控制方法;長期穩(wěn)定性試驗顯示膜組件在30％硫酸介質連續(xù)運行6個月，膜組件不串漏;第三方性能測試結果顯示: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7.4mL/m2.min時H+回收率達96.9％，而Al3+截留率達99.5％;提出了螺旋卷式擴散滲析膜組件作為廢酸回

5、收工程應用的工藝流程和實現方法。
　　5)設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型的雙極膜電滲析實驗的需要;進行了雙極膜電滲析法由煙酸鈉清潔生產煙酸的實驗，使用BP-C-BP膜堆構型，考察了料液濃度、電流效率等操作參數對雙極膜電滲析效果（諸如能量消耗、電流效率、膜堆電壓和轉化率等）的影響，在經濟可行的條件下煙酸鈉轉化效率可達73％，電流效率最高可達95％，產生每千克煙酸(0.1mol/L)的能耗最低可達4.1kWh