基于CFD的渗透汽化膜分离技术研究进展

渗透汽化膜分离技术具有低能耗、高分离效率、设备简单等优势,广泛应用于化工、能源等领域.计算流体力学(CFD)模拟以其低成本、可视化等优点为渗透汽化技术发展提供了重要辅助.本文综述了CFD在渗透汽化膜分离过程中的研究进展,并对相关的模拟方法进行了分析与对比.根据简化的传质过程将模拟方法分为拟一级反应法、对流扩散法、质量跳跃法、膜内扩散法.基于此,归纳了操作温度、渗透压强、进料组分、进料流速、膜厚度等相关参数对渗透汽化影响机理,并进一步总结了近年来膜组件结构优化对膜组件流场的影响,展示了CFD技术在渗透汽化领域内的应用潜力.提出了面对未来发展,需要结合最新的传质理论与耦合分子模拟等技术进一步提升模拟精度,并在膜组件结构优化与新型湍流促进器等方面进行探索的建议,以便于实现工业规模应用.     

Silicalite-1分子筛膜渗透蒸发条件的响应面分析与优化

采用Silicalite-1分子筛膜用于低浓度乙醇/水溶液的渗透蒸发分离,运用单因素实验考察了晶种质量分数、晶化温度、晶化时间3个制备条件对Silicalite-1分子筛膜渗透蒸发分离性能的影响,借助响应面分析（RSM）研究了料液温度、乙醇质量分数、真空压力3个运行条件对分离系数和渗透通量的影响。单因素实验结果表明,在晶种质量分数为0.3%、晶化温度为175℃、晶化时间为7h条件下制备的Silicalite-1分子筛膜对乙醇/水的渗透蒸发分离效果较好。RSM结果表明,料液温度、料液配比、真空压力对分离系数和渗透通量的影响显著,根据RSM建立多项式模型并对该模型预测的最佳条件进行了实验验证,实验结果与模型预测较为吻合。在进料温度为70℃、乙醇质量分数为3.49%、真空压力为7.82kPa条件下,实际分离系数和渗透通量与预测值偏差分别小于5.46%和7.39%。