膜吸收過程傳質(zhì)性能的研究.pdf

1、膜吸收技術(shù)是將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)氣體吸收技術(shù)相耦合的新型分離技術(shù)。在膜吸收過程中，氣液兩相分別在膜兩側(cè)流動(dòng)，在膜微孔處接觸發(fā)生傳質(zhì)。由于膜吸收這個(gè)特點(diǎn)，使得該技術(shù)能克服傳統(tǒng)氣體吸收塔液泛、霧沫夾帶、負(fù)荷限等缺點(diǎn)，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(diǎn)。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(zhì)性能的研究遠(yuǎn)不能滿足理論研究和工程應(yīng)用的需要，

2、故對(duì)其深入進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和理論研究，具有重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。 本文主要從以下幾方面對(duì)膜吸收過程的傳質(zhì)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論研究： (1)選用具有不同微觀結(jié)構(gòu)的板式膜，采用合適的操作流程和反應(yīng)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(zhì)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(duì)膜吸收過程傳質(zhì)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，膜厚度不影響膜吸收過程。膜孔隙率對(duì)膜

3、吸收傳質(zhì)過程影響較復(fù)雜，對(duì)于慢傳質(zhì)體系(物理吸收)，孔隙率幾乎不影響膜吸收過程的傳質(zhì)性能；對(duì)于快傳質(zhì)體系(化學(xué)吸收或吸收劑流速增大)，孔隙率對(duì)膜吸收過程的傳質(zhì)性能有較大影響，其中大孔徑、大孔隙率的膜有利于傳質(zhì)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，膜厚度和孔隙率對(duì)傳質(zhì)的影響與膜微孔形態(tài)(拉伸孔和柱狀孔)無關(guān)。 (2)建立了描述溶質(zhì)在液相側(cè)膜表面微孔處二維擴(kuò)散傳質(zhì)行為的數(shù)學(xué)模型，分析了孔隙率等因素對(duì)膜吸收過程傳質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明孔隙率影響膜吸

4、收過程傳質(zhì)性能的實(shí)質(zhì)是溶質(zhì)在液相側(cè)膜表面的濃度分布，溶質(zhì)在液相側(cè)膜表面的切向方向不能完全覆蓋整個(gè)膜表面，從而影響傳質(zhì)。另外，孔隙率對(duì)膜吸收過程的傳質(zhì)性能影響還與吸收體系的傳質(zhì)速率有關(guān)。 上述研究結(jié)果為準(zhǔn)確計(jì)算中空纖維膜吸收過程真實(shí)傳質(zhì)系數(shù)和準(zhǔn)確關(guān)聯(lián)各項(xiàng)分傳質(zhì)阻力，以及為中空纖維膜殼程流體流動(dòng)非理想性等方面的研究提供了實(shí)驗(yàn)和理論支持。 (3)選用特定實(shí)驗(yàn)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(shí)的反應(yīng)特性，實(shí)驗(yàn)考察了中空纖維膜吸收過程中的傳質(zhì)偏差現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在中空纖維膜吸收SO2的過程中，存在傳質(zhì)偏差現(xiàn)象；在中空纖維膜吸收CO2的過程中，則沒有傳質(zhì)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(xué)模型，從數(shù)學(xué)模擬結(jié)果可知，對(duì)于一級(jí)快反應(yīng)、二級(jí)慢反應(yīng)的反應(yīng)體系，一價(jià)離子在邊界層內(nèi)的積累是造成傳質(zhì)偏差的主要原因，而非前人研究所認(rèn)為的是離子化強(qiáng)度的影響；對(duì)于一級(jí)慢反應(yīng)、二級(jí)快反應(yīng)的反