中空纖維更新液膜傳質(zhì)機(jī)理研究.pdf

1、中空纖維更新液膜（HFRLM）是一種新型的液膜技術(shù)，其區(qū)別于其他傳統(tǒng)液膜過程最主要的特點(diǎn)是：在中空纖維管內(nèi)流動(dòng)的是液-液兩相混合物，分散相（液膜相）液滴在流場(chǎng)作用下，實(shí)現(xiàn)更新，強(qiáng)化傳質(zhì)。本文主要以Cr（Ⅵ）為實(shí)驗(yàn)體系，研究了HFRLM的傳質(zhì)機(jī)理。 通過溶劑萃取實(shí)驗(yàn)，研究了磷酸三丁酯（TBP）對(duì)Cr（Ⅵ）的萃取效果，以及NaOH對(duì)絡(luò)合物的反萃效果，確定了萃取、反萃過程的反應(yīng)方程式。采用大塊液膜（BLM）實(shí)驗(yàn)考察了TBP作為載體對(duì)

2、Cr（Ⅵ）的遷移性能，并類比于一級(jí)不可逆連串反應(yīng)，建立了BLM傳質(zhì)過程的動(dòng)力學(xué)模型，分析了溶質(zhì)在BLM過程中的傳遞情況，討論了分配系數(shù)對(duì)傳質(zhì)過程的影響。 借助顯微攝像技術(shù)，研究了中空纖維管內(nèi)液，液兩相的流體流動(dòng)情況，獲得了最直觀的視覺信息，考察了中空纖維管內(nèi)液滴及流動(dòng)液膜的存在形態(tài)，證實(shí)了HFRLM基本理論的正確性。通過分析、總結(jié)觀測(cè)結(jié)果，將中空纖維管內(nèi)的流體流型劃分為6大類，繪制了液．液兩相流型圖，對(duì)HFRLM的操作參數(shù)選擇

3、進(jìn)行指導(dǎo)。借鑒氣體分子碰撞理論和液滴聚并、破碎的相關(guān)研究成果，建立了描述液滴與流動(dòng)液膜碰撞、聚并的數(shù)學(xué)模型，為定量描述由液滴引起的傳質(zhì)強(qiáng)化，深入研究中空纖維更新液膜的傳質(zhì)機(jī)理提供了理論基礎(chǔ)。 以阻力串聯(lián)模型為基本出發(fā)點(diǎn)，將溶質(zhì)在中空纖維管內(nèi)的傳質(zhì)步驟分解為流動(dòng)液膜與液滴之間傳質(zhì)、滴內(nèi)傳質(zhì)和滴外傳質(zhì)3個(gè)步驟。鑒于殼程非理想流動(dòng)的復(fù)雜性，同時(shí)采用理論分析和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)兩種方法，確定了適用于本文的殼程傳質(zhì)關(guān)聯(lián)式。在中空纖維管內(nèi)，采用“表

4、面更新擴(kuò)展模型”描述液滴與流動(dòng)液膜之間碰撞引起的傳質(zhì)強(qiáng)化現(xiàn)象；采用Higbie溶質(zhì)滲透模型計(jì)算滴外傳質(zhì)系數(shù)。HFRLM傳質(zhì)過程的模型化研究，有助于其傳質(zhì)機(jī)理的深入分析，對(duì)HFRLM技術(shù)的放大設(shè)計(jì)以及工業(yè)化應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。 采用示蹤實(shí)驗(yàn)討論了HFRLM的穩(wěn)定性問題，結(jié)果表明HFRLM穩(wěn)定性良好，泄漏率基本低于0．01%。以傳質(zhì)模型為指導(dǎo)，系統(tǒng)地研究了各種體系（如Cr（Ⅵ）、Cu（Ⅱ）、青霉素）在HFRLM過程中的傳質(zhì)行為

5、。從傳質(zhì)阻力和傳質(zhì)推動(dòng)力兩個(gè)方面，分析了液膜過程的傳質(zhì)機(jī)理。萃取、反萃分配系數(shù)在液膜傳質(zhì)過程中具有重要地位，mm’不僅影響傳質(zhì)的類型、速率，甚至決定了傳質(zhì)過程能否發(fā)生。混合方式極大地影響著HFRLM過程中各分傳質(zhì)阻力對(duì)總阻力的貢獻(xiàn)，其對(duì)傳質(zhì)速率的影響巨大。 采用HFRLM技術(shù)處理含鉻廢水，具有處理速度快、效果好等優(yōu)點(diǎn)，去處率高達(dá)99．8%，廢水處理后Cr（Ⅵ）含量低于0．5 mg·L-1，滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn)。HFRLM技術(shù)在廢水