中空纤维膜接触器壳程添加构件强化传质的研究

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1、北京化工大学硕士学位论文中空纤维膜接触器壳程添加构件强化传质研究姓名：董艳艳申请学位级别：硕士专业：化学工程与技术指导教师：刘丽英20110531摘要中空纤维膜接触器壳程添加构件强化传质研究摘要中空纤维膜接触器以其体积小、装填密度高和无需支撑等优势受到关注，在膜分离领域有越来越广泛的应用。但是，由于其中壳程流动情况复杂，影响因素较多，一直是人们关注的热点。对于传统的平直式中空纤维膜接触器，膜丝的随机装填使其在壳程分布不均匀，造成流体的非理想流动，使传质效率降低。因此，研究中空纤维膜接触器壳程强化传质性能，对于中空纤

2、维膜接触器的应用有着重要的实际意义。本文以氮气吹扫水中溶解氧为实验体系，通过在壳程中添加筛网、弓形折流板和螺旋折流板三种不同构件改变壳程的空间结构，研究了装填分率、构件的数目及组件的尺寸对壳程流体力学性能及传质性能强化的影响。对中空纤维膜组件壳程中添加筛网强化传质过程进行了研究。考察了装填密度及筛网数目对流体力学性能和传质性能的影响，得到了传质增幅与压降增幅的关系及单位压降的传质系数。结果表明：添加筛网使壳程的非理想流动下降，沟流、死区等影响降低，有效传质面积增大，传质性能增强。在研究范围内，添加3个筛网时，传质系

3、数增幅最大达46％。装填密度低，雷诺数较小时，传质增幅较大。添加l、2个筛网组件单位压降下的传质系数高于平直组件，添加3个筛网组件单位压降下的传质系数低于平直组件，且添加2个筛网的组件单位压降下的传质系数最高。对中空纤维膜组件壳程中添加弓形折流板强化传质进行了研究。研究I北京化工大学硕士学位论文了装填分率、组件的长径比对流体力学性能及传质性能强化的影响，得到压降增幅与传质增幅的关系及单位压降的传质系数，并获得了传质准数关联式。结果表明：添加弓形折流板后流体的湍动程度增大，传质性能增强明显。对于长径比为14的膜组件，

4、装填分率越大，强化传质效果越好，最大传质增幅为37％，但是单位压降下的传质系数均小于平直组件。对于长径比为4的组件，传质增幅较大在60％．100％，且单位压降下的传质系数高于平直组件。类比于螺旋折流板换热器，对中空纤维膜组件壳程中添加螺旋折流板强化传质进行了研究，并与添加弓形折流板组件进行了对比。结果表明：添加螺旋折流板后流体湍动程度大大增强，传质效果是平直组件的1．7—2．2倍，且单位压降下的传质系数高于平直组件；添加的螺旋折流板数目越多，强化传质效果越显著。与相应的弓形折流板组件相比，在同样条件下，螺旋折流板组

5、件的传质系数更大、压降更小，即单位压降下的传质系数更大。从传质系数的角度评价强化传质的效果，则添加内部构件的膜组件，与平直组件相比均增大，其中增幅最大的是螺旋折流板膜组件；从单位压降下的传质系数角度来评价，添加l和2个筛网、长径比较小的弓形折流板组件和螺旋折流板组件的单位压降下的传质系数数值比平直组件的高。故综合考虑，螺旋折流板膜组件的传质强化效果最优。关键词：中空纤维膜接触器，壳程，强化传质，筛网，弓形折流板，螺旋折流板IIABSTRACTMASSTRANSFERENCHANCEMENTINHOLLOWFIBER

6、MEMBRANECONTACTORSHELL．SIDEWITHADDITIVEHollowfibermembranemodules，withtheadvantageofsmallsize，highloadingdensityandunrequitedsupportingintheprocess，arewidelyusedinmembraneseparationprocess．Inaddition，theshell-sidemasstransferiscommonlyforcedonduetoitscomplicat

7、edconditionsandvariousaffectingfactors．Thefiberoftraditionalhollowfibermembranecontactoraredistributedrandomlywhichresultsinalossinefficient．Therefore，thestudyofshell-sidemasstransferperformanceisofgreatsignificanceonapplication．Inthispaper，thedissolvedoxygenw

8、asusedforexperimentsystem，andthefactorssuchaspackingdensity,thenumberofadditiveandL／D(theratioofthelengthtodiameterofthemodule)whichinfluenceshell．sidehydrodynamicandmasstransferpe