兩相流在炭膜微濾鈦白懸浮液中的應(yīng)用研究.pdf

1、在微濾的應(yīng)用過(guò)程中，最主要的問(wèn)題是膜透過(guò)液流率隨過(guò)濾時(shí)間變化下降很快，其關(guān)鍵所在是濃差極化和膜污染。盡管人們?cè)跍p少濃差極化和膜污染方面已經(jīng)取得了一些成果，如采用湍流促進(jìn)、流體脈動(dòng)、離心失穩(wěn)等強(qiáng)化措施，但是都存在著某些不足，難以工業(yè)化。相比之下，采取氣液兩相流強(qiáng)化膜過(guò)程具有強(qiáng)化效果好、過(guò)濾方法簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。但由于氣液兩相流技術(shù)在膜分離中的應(yīng)用研究起步較晚及兩相流自身流動(dòng)的復(fù)雜性等特點(diǎn)，目前還沒(méi)有完善的理論研究和準(zhǔn)確的機(jī)理模型。

2、 本論文以開(kāi)發(fā)炭膜微濾二氧化鈦懸浮液的應(yīng)用技術(shù)為研究背景，以降低濃差極化和膜污染、提高膜通量為目的，對(duì)氣液兩相流在炭膜微濾鈦白懸浮液中的應(yīng)用展開(kāi)系統(tǒng)研究，為進(jìn)一步的理論研究和工業(yè)化應(yīng)用提供基礎(chǔ)研究。實(shí)驗(yàn)中我們采用自制平均孔徑1.0μm管狀多孔炭膜，在溫度20℃、跨膜壓差0.04～0.16MPa、料液流速0.85～1.56m/s、氣體流速0.29～2.02 m/s、懸浮液濃度0.1～1.0g/L的條件下，重點(diǎn)考察氣液兩相流對(duì)微濾過(guò)程的

3、影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在微濾過(guò)程中，通入氣體形成的氣液兩相流增加了流體的湍流流動(dòng)，促進(jìn)了料液的局部混合，通量增加到單相流時(shí)的162％。彈狀流是提高膜通量較有利流型。通入氣體后隨著壓力的增大，通量快速增加，然后緩慢降低，在壓力0.11MPa.時(shí)通量達(dá)到極大值1275L/(m<'2>·h)。通過(guò)計(jì)算微濾過(guò)程各部分阻力，對(duì)SEM掃描電鏡進(jìn)行分析，確定氣液兩相流可以顯著地減少微濾過(guò)程中膜內(nèi)堵塞阻力和濾餅層阻力，隨著微濾過(guò)程濃差極化和膜污染程度地不

4、斷加重，氣體對(duì)微濾過(guò)程的強(qiáng)化程度也越來(lái)越明顯。此外，隨著氣體速度的增加濾餅阻力快速減小，當(dāng)氣體速度達(dá)到一定值時(shí)，濾餅阻力開(kāi)始緩慢減小，再增大氣體的速度并不能完全消除堵塞阻力和濾餅層阻力。 論文的最后，探討了氣液兩相流在微濾中的強(qiáng)化機(jī)理，認(rèn)為強(qiáng)化過(guò)程中起主要作用的是顆粒受到來(lái)自于氣體向下的剪切力τ<,g>和液體向上的剪切力τ<,ι>?；趦蓚€(gè)無(wú)因次剪切數(shù)和阻力數(shù)，建立了氣液兩相流的微濾模型，并將所建立模型通量值與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較，證