气态膜吸收法脱除水中氨的传质效果

利用聚丙烯中空纤维气态膜对氨/水分离过程及影响因素进行研究,考察膜两侧液体流速、浓度、温度等工艺条件对传质系数和氨脱除率的影响。研究结果表明：气态膜-化学吸收法对氨/水有很好分离效果;原料液温度和流速的影响较为显著,传质系数随温度升高而升高,而提高原料液的流速,膜通量增加,氨的脱除率却下降,压力降升高;氨的初始浓度对膜通量影响较大,膜通量随初始浓度升高而增大;吸收液中反应物浓度相对于透过氨浓度过量时,吸收液的浓度、流速对传质过程影响较小。     

新型空气隙膜蒸馏组件用于海水淡化

设计了一种基于中空纤维膜的螺旋缠绕式空气隙膜蒸馏组件,以模拟海水为原料液,考察了热料液进口温度T3、料液流量F、缠绕角度、空气隙厚度、内芯长度对膜通量和造水比的影响。实验结果表明,膜通量和造水比均随着热料液进口温度的增加而明显增大;当料液流量增加时,膜通量增大,造水比呈相反趋势;随着空气隙厚度的增加,膜通量和造水比均逐渐减小;膜通量和造水比均随着缠绕角度的增加而减小;内芯长度增加使得造水比提高,而膜通量则降低。实验过程中膜通量和造水比的最高值分别达到6.1 kg/(m~2·h)和5.8,产水电导率始终保持在20.0μS/cm以下。     

微孔中空纤维膜接触器烟气脱硫性能的研究

对中空纤维膜接触器用于烟气脱硫的工艺进行了实验研究并建立了脱硫率计算模型。采用疏水性聚丙烯中空纤维膜组装膜组件,用SO2钢瓶气与空气配制模拟烟气,气相走中空纤维膜内侧,以Na2SO3溶液为吸收剂进行脱硫实验研究。实验结果表明,该脱硫工艺脱硫率高且稳定。当Na2SO3吸收液浓度大于5%,液相阻力可以忽略;脱硫率随气速的增大而减小,而随膜组件有效长度、膜传质系数的增大而增大。忽略液相传质阻力,用传质速率与物料衡算方法及传质经验关联式,建立微孔中空纤维膜接触器烟气脱硫率计算模型,模型计算值与实验值误差小于9.5%,模型能比较可靠地模拟烟气脱硫过程,通过该模型可以快捷计算脱硫率。     

中空纤维膜气体溶剂的吸收分离过程

测定了不同条件下聚丙烯疏水性中空纤维膜组件中ＣＯ２－ＮａＯＨ体系气体溶剂吸收过程的总传质系数．建立了溶剂吸收过程总传质系数的计算模型．以此模型为基础,结合实验结果对气体溶剂吸收过程进行了分析,提出了提高总传质系数的有效方法．     

中空纤维更新液膜在己内酰胺精制中的应用

研究了中空纤维更新液膜技术用于己内酰胺精制时的传质性能,考察了两相流速、萃取剂用量对传质的影响,并与大块液膜技术以及萃取塔技术进行了对比。在实验范围内,中空纤维更新液膜过程总传质系数随两相流速的增大而增大,且壳程流速对传质的影响较大。中空纤维更新液膜过程传质通量可达大块液膜的1．5倍,总体积传质系数可达工业萃取塔的2．3倍,萃取剂用量相比于大块液膜、工业萃取塔大幅度降低,具有很大的应用潜力。     

填充密度对新型中空纤维膜接触器分离性能和传质的影响

采用聚丙烯中空纤维膜接触器作为新型精馏结构填料对甲醇水溶液体系进行了精馏分离过程的实验研究,探讨了填充密度对中空纤维膜接触器分离性能和过程传质的影响.结果表明,填充密度为4.7%时,接触器塔顶甲醇浓度比填充密度为9.5%时的高,且两种填充密度的膜接触器组件均可在远离常规填料液泛线以上的气速范围操作.随着气速逐步增大,传质单元高度变大,壳程气相传质系数随之变大,填充密度高的组件的气相传质系数较小.     

螺旋状中空纤维膜萃取传质特性

在对中空纤维膜萃取以及螺旋管技术进行充分调研的基础上 ,选择水 -苯酚 - 30 %TBP煤油为实验体系 ,溶质由水相萃取到有机相 ,在不同结构的单束螺旋状中空纤维膜器中研究了螺旋管纤维膜管内外流速以及螺旋管结构等因素对传质系数的影响 .实验结果表明 ,螺旋管中空纤维膜可以有效地提高中空纤维膜的传质特性 .随着管内流速的增加 ,传质系数将有很大提高 ,而管外流速对于传质系数的影响则较小 .至于螺旋结构的影响为 :随着螺旋内径的减小或者是螺旋螺距的减小 ,总传质系数相应地有很大提高 .最后得到了在本实验条件下计算总传质系数K的关联式     

溶胀对中空纤维膜萃取器中的流动和传质性能的影响

溶胀是中空纤维膜萃取工业化必须要解决的关键问题之一。本文通过拍摄电镜照片，观察了溶胀前后中空纤维膜表面形态，孔隙率，膜孔径，膜孔道弯曲状况等微观结构的变化。结果表明，溶胀会使中空纤维膜孔隙率减小，膜孔径变小，弯曲因子增大，通过测量发现，溶胀后膜长度增加，而膜的内外径，膜厚基本不变。本文还研究了溶胀时间对中空纤维膜器中的流动及传质效果的影响，通过测量聚丙烯和聚砜中空纤维膜器管程和壳程的停留时间分布曲线表明，对于装填密度较高的膜器，溶胀时间对壳程和管程中的流动状况的影响可以忽略。此外，本文以正辛醇－苯胺－水为实验体系，在中空纤维膜器中进行了循环逆流传质实验。实验证明，由于溶胀使纤维膜阻增加，膜器的传质性能随时间的增加而下降。     

轴向扩散对中空纤维膜萃取器传质性能的影响

通过测量聚丙烯中空纤维膜萃取器壳程和管程流动的RTD曲线 ,证实了中空纤维膜器管程与壳程流动均较为复杂 ,与理想平推流和理想全混釜相差较大。膜器管程流动的轴向返混程度随着流速增加而减小 ,而膜器壳程流动的轴向返混程度随着流速的增加而增大。将两相流轴向扩散模型用于描述传质情况 ,比较了表观传质系数和真实传质系数 ,计算了中空纤维膜萃取器中真实的浓度剖面。结果表明 ,中空纤维膜萃取器轴向扩散导致表观传质系数比真实传质系数下降 30 %左右 ,所以在进行膜器设计和放大时 ,中空纤维膜器的轴向扩散不可忽略。     

新型中空纤维空气隙式膜蒸馏用于海水淡化

利用自制的添加隔热管状隔网并呈螺旋缠绕结构编排的中空纤维膜组件进行了空气隙式膜蒸馏(AGMD)海水淡化过程性能研究, 实验以模拟标准海水(质量分数3.5%, 总溶解性固体含量35000 mg·L^-1)为热料液进水, 考察了热料液进水温度、热料液流量、冷凝液进水温度和冷凝液流量对膜通量、造水比和热效率的影响。结果表明, 随着热料液进水温度增加, 膜通量、造水比和热效率均增加;冷凝液进水温度增加, 膜通量下降而造水比和热效率增加;热料液流量增加, 膜通量上升而造水比和热效率明显下降;冷凝液进水流量对膜蒸馏过程性能影响较小。实验过程中产水TDS始终保持在3.0 mg·L^-1以下, 相应的离子去除率高于99.99%, 膜通量、造水比和热效率最高可分别达5.87 L·m^-2·h^-1、5.37和0.943。研究表明, 引入清洁能源取代传统电加热驱动热源将进一步突出膜蒸馏技术的实际应用潜力。     

气扫式膜蒸馏传质传热过程

对气扫式膜蒸馏（SGMD）的热量和质量传递机理进行了研究,建立了该过程的热量和质量传递模型,并对模型进行了计算,得出了吹扫气流速、组件长度、进料流速和进料温度对膜通量的影响。通过实验对模型计算结果进行了验证。实验结果表明模型计算值与实验值非常接近。随吹扫气流速的增大,通量先增加然后趋近于平衡。组件长度越短通量越高。进料流速对通量的影响很小,随膜丝内Reynolds数的增加,通量稍有增加,随进料温度的升高,通量呈指数倍增加。     

eat and mass transfer of sweeping gas membrane distillation

对气扫式膜蒸馏（SGMD）的热量和质量传递机理进行了研究,建立了该过程的热量和质量传递模型,并对模型进行了计算,得出了吹扫气流速、组件长度、进料流速和进料温度对膜通量的影响。通过实验对模型计算结果进行了验证。实验结果表明模型计算值与实验值非常接近。随吹扫气流速的增大,通量先增加然后趋近于平衡。组件长度越短通量越高。进料流速对通量的影响很小,随膜丝内Reynolds数的增加,通量稍有增加,随进料温度的升高,通量呈指数倍增加。     

膜蒸馏跨膜传质过程的新模型--TPKPT

以纯水为介质,用直接接触式膜蒸馏测定了材料或性能参数不同的三种孔疏水膜在不同温度下的渗透通量。根据测量结果计算出了各种膜在不同温度下的渗透系数,发现渗透系数均随着温度的升高而升高;这一结果说明Poiseuille流动在跨膜传质中起着非常重要的作用。据此提出了Knudsen扩散－Poiseuille流动两参数跨膜传质模型,即TPKPT模型。用此模型拟合实验数据,得到了三种实验用膜的模型参数。用这些模型参数计算膜在不同温度下的渗透系数,其值与实验测量值吻合较好,说明TPKPT模型能较好地描述膜蒸馏的跨膜传质过程。     

陶瓷膜冷凝器用于烟气脱白烟过程的中试研究

将平均孔径5、20和50 nm的管式陶瓷外膜制成膜冷凝器，并搭建膜面积0.3 m²的膜冷凝中试实验装置，开展陶瓷膜冷凝器在烟气水、余热资源回收及脱白烟领域的中试研究。对比采用不同排布方式的两级陶瓷膜冷凝器的水、热回收效果，考察进气相对湿度、进气温度、进气线速度等操作条件和不同孔径陶瓷膜的排布方式对膜冷凝器水通量及水回收率的影响。研究表明，在两级膜冷凝器中，烟气、冷却水均为串联流动时，可得到更高的水、热通量及回收率。过程水通量随进气相对湿度、进气温度、进气线速度的增加而增加；水回收率随进气相对湿度、进气温度的增加而增加，随着进气线速度的增加而降低。在三级膜冷凝器中，采用每级均填充平均孔径50 nm的管式陶瓷外膜的排布方式时，可获得最佳的水、热回收效果；不同孔径陶瓷膜的排布方式对膜冷凝器水回收效果影响明显，对热回收效果影响不大。在各实验工况下，三级膜冷凝器水通量及水回收率最高分别可达38.5 kg·m^–2·h^–1和50.6%。与传统换热器相比，陶瓷膜冷凝器不仅可实现水、余热的同时回收，且其总传热系数为415 W·m^–2·℃^–1，换热效果更佳，并能明显缓解“白色烟羽”等视觉污染。基于陶瓷膜的膜冷凝技术在中试实验阶段展现出良好的回收效果，在资源回收及脱白烟过程有广阔的应用前景。     

Theoretical and Experimental Studies on Acetylene Absorption in a Polytetrafluoroethylene Hollow‐Fiber Membrane Contactor

The separation of acetylene from a gas mixture was investigated using a polytetrafluoroethylene hollow‐fiber membrane contactor and 1‐methyl‐2‐pyrrolidinone as absorbent. The effects of the gas velocity, the liquid velocity, the feed gas concentration, and the module length on the acetylene mass transfer were investigated. The results showed that the acetylene mass transfer flux increased with increasing liquid velocity, gas velocity, and feed gas concentration, but decreased with increasing membrane module length. A mathematical model was used to predict the wetting extent of the membrane and the mass transfer resistance in the acetylene mass transfer process. The wetting extent of the membrane was found to increase with increasing liquid velocity and to be effectively restrained with increasing gas velocity. The liquid phase resistance and the wetted‐membrane phase resistance controlled the acetylene mass transfer in the acetylene absorption process. The acetylene absorption efficiency was maintained at 90 % for 114 h of the C₂H₂ membrane absorption–thermal desorption cycle process.     

后处理对改性聚氨酯系中空纤维膜压力响应行为的影响

采用熔融纺丝制得改性聚氨酯系中空纤维膜,通过测试水通量随压力的变化研究了拉伸、热处理温度和热处理时间对改性聚氨酯系中空纤维膜压力响应行为的影响。结果表明,所得膜可发生明显的压力响应行为,且拉伸倍数越大,膜的强度越大,压力响应行为越精确;随热处理温度升高,膜的支撑性变差,压力响应行为变弱;随热处理时间延长,膜形变回复率变低,压力响应行为减弱。     

陶瓷膜通道相互作用的实验分析及CFD优化

提出陶瓷膜过滤时,通道之间存在3种效应关系（壁厚效应、干扰效应、遮挡效应）,并用实验进行了验证。对于多通道陶瓷膜构型的设计,要考虑3种效应。膜孔径小于200 nm的陶瓷膜,可以增大其通道的排布密度,通过提高装填密度可以提高单位体积的处理量;膜孔径大于500 nm的陶瓷膜,中间的通道对通量几乎没有贡献,提高装填密度意义不大。固定膜元件的外径,选取通道直径a_c和壁厚a_w,并设定两参数的比值为α,采用计算流体力学（CFD）软件进行模拟计算,获得了通量与处理量随孔径与α值的变化关系。     

LIX984N为载体的中空纤维更新液膜中铜的传递过程

以LIX984N为载体,煤油为稀释剂,H2SO4为反萃剂,研究了中空纤维更新液膜过程中铜的传递行为。考察了两相压差、铜离子浓度、两相流速、操作方式以及膜丝有效长度等对传质过程的影响。结果表明:膜丝两侧的操作压差对传质过程几乎没有影响;随着料液相中溶质Cu(Ⅱ)浓度的增大传质通量增大,而反萃相中的Cu(Ⅱ)浓度对传质过程几乎没有影响;传质通量会随着壳程料液流速的增大而增大,但管程侧反萃相的流速对传质过程影响很小;逆流和并流两种操作方式对传质过程的影响可以忽略,而膜丝有效长度的增加会导致单位面积平均传质通量的下降。     

A new model for mass transfer in direct contact membrane distillation

The mass transfer process in direct contact membrane distillation (DCMD) for three kinds of membranes was measured. Water fluxes at different temperatures and the membrane distillation coefficients (MDC) for each membrane were obtained directly from experimental data. The fact that the MDC values of membranes with larger pore size increase with temperature indicates that Poiseuille flow plays an important role in the process of mass transfer through the membrane. Based on this conclusion, a three-parameter model, named the Knudsen diffusion-molecular diffusion-Poiseuille flow transition (KMPT) model, was developed to predict MDC and water flux for membrane distillation. The parameters of the KMPT model for each membrane employed in this study, by which MDC at various temperatures can be determined, were evaluated by a nonlinear regression. The values of MDC and water fluxes for each membrane predicted by KMPT model agree well with that obtained directly from the experiment results. A large contribution of Poiseuille flow to mass transfer was observed and can be attributed to the distribution of large pores in the membranes. The KMPT model also provides a method for estimation of the effect pore size using the ratio of the MDCs; the ratio of the Poiseuille flow to molecular diffusion MDC provides the best estimation.     

Tubular Membrane Filtration with A Side Stream and its Intermittent Backwash Operation

The tubular membrane filtration system is widely applied to solid-liquid separation processes. Any improvements to the filtration module would increase separation efficiency, thus reducing operating costs. In this experiment, PMMA powder with an average particle diameter of 0.8 µm was filtered by a ceramic tubular membrane with an average pore size of 0.2 µm, and the impacts of the operating variables, such as suspension concentration, the filtration pressure, and the crossflow velocity on the permeate flux were discussed. In order to understand the increased permeate flux, the proposed module is comparable to the tubular membrane filtration module, but with an additional side stream under the same filtration mass flow rate. In addition, variations of shear force on the membrane surface are analyzed by CFD simulation, and the influence of backwash operations on the permeate flux is discussed. The results show that the side stream membrane filtration increased the shear force on the membrane surface, reduced fouling on the membrane surface, and increased the permeate flux. Furthermore, a backwash operation with a side stream flow channel could effectively clean the particles deposited in the module, thus, increasing the permeate flux.