平板膜微濾過程的數值模擬.pdf

1、平板膜微濾過程面臨的最主要的問題是膜污染。膜污染的種類包括膜孔堵塞、濾餅層形成、濃差極化等。膜污染會造成微濾阻力的增大，在恒速工況下跨膜壓差(TMP)隨時間而增大，恒壓工況下滲透速度隨時間而減小。本文建立了平板膜微濾的機理模型，對平板膜微濾過程進行了模擬。 本文應用堵塞模型對平板膜死端微濾含有單晶硅顆粒懸浮液的實驗進行了模擬和分析。首先推導了四種堵塞模型的函數關系式，非線性回歸得到了模型中的參數，模擬了恒速下TMP隨時間的增長，

2、結果顯示，堵塞模型可以在一定程度上模擬整個微濾過程，但無法得到較精確的結果，在分析模型參數后發(fā)現，膜孔堵塞發(fā)生在微濾的初期時刻，絕大部分時間為濾餅過濾。鑒于上述結論，首先分析了實驗濾餅的壓縮性，發(fā)現濾餅固含率隨著TMP的增大而增大，屬于可壓縮濾餅，建立了針對可壓縮濾餅微濾的增量分析模型，以跨膜壓差作為模型增量，采用Grace等提出的指數型函數式計算濾餅固含率，應用Kozeny-Carman方程計算濾餅比阻，推導得到了死端恒速下增量分析模

3、型的模擬流程，TMP的模擬值和實驗值吻合的較好。同時模擬了不同懸浮液濃度、不同滲透速度下TMP、濾餅固含率、濾餅比阻隨時間的變化情況。 對于錯流微濾，本文分析了膜表面顆粒受力，發(fā)現對于微米級的顆粒，決定顆粒是否沉降在膜表面的力為滲透曳力和慣性升力，并且沉積到膜表面的顆粒將不會返回到懸浮液主體中，推導得到了顆粒受力模型的計算流程。計算了恒壓工況下不同TMP、懸浮液濃度、錯流速度下滲透速度、濾餅厚度、臨界粒徑隨時間的變化情況。

4、 基于錯流微濾的擴散模型，建立了一個二維錯流微濾的CFD模型，使用有限元軟件COMSOL對其進行求解。采用Leighton提出的粘度函數，擴散系數采用反映布朗擴散和剪切誘導擴散的混合擴散系數。模擬得到了非穩(wěn)態(tài)下膜表面處濃差極化層的形成過程，以及穩(wěn)態(tài)下不同顆粒粒徑、錯流速度、滲透速度下膜表面處顆粒濃度場分布情況，計算了濃差極化層的阻力，和Romero和Davis的經驗模型進行了比較，發(fā)現吻合較好。 本文建立了平板膜在不同操作工況