中空纤维膜接触器脱除水中溶解氧的研究

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1、大连理工大学硕士学位论文引言以分子形态存在于水中的氧气对很多工艺过程有负面影响，因为氧气会腐蚀和氧化材料。在饮料和食品工业中，氧气会缩短食品保存期限，产品质量，产品的浓度和口味。在半导体和薄膜平板工业领域，高含氧量会导致低良品率。在电力和其他工业领域，如果没有进行脱气，管道，锅炉和设备很容易被腐蚀。因此，水中溶解氧的脱除是一个很必要的过程。目前脱除水中溶解氧的方法很多，如热力法、真空法、解析法、亚硫酸钠法、联胺法、钢屑法以及还原树脂法等。近年来，随着膜技术的迅速发展，出现了膜法脱氧过程。该过程利用中空纤维膜将气液两相分开，液体在膜的一侧流动，气体在膜的另一侧流动。与传统的

2、脱氧方法相比，膜法脱氧具有许多优点，因此已经引起了人们的关注。膜法脱氧技术可以看作是膜法血液充氧的逆过程，最早由Yang和Cussler在1986年研究中空纤维膜接触器的设计时，用氧气作为去除介质研究了在膜接触器中的传质问题。随后，众多研究者展开了将膜法脱氧用于超纯水制备的过程中。近年来，随着膜法除氧技术的发展，在水除氧过程中，膜接触器得到了越来越多的应用，虽然已经有商业化应用的实例，但是报道相关研究的文章较少。目前Liqui．Cel公司已经有一系列应用于水脱气的膜接触器，但是价格偏高，但国内的膜法脱气市场主要由他们占据。为了改变这种状况，国内已经有膜法脱氧技术的初步研究

3、。北京化工大学的常李静以及上海交通大学的刘惠峰等都对膜法脱氧进行了初步的研究，但是研究的并不系统。基于以上对文献的阅读和整理，本文对膜法脱氧过程进行了系统的研究，期望能够降低脱氧膜接触器的成本，并将这项技术推广应用，文章主要有以下两个方面：(1)研究了真空度、温度、进水流速、中空纤维膜的有效长度以及流动方式对溶解氧脱除效果的影响。(2)研究了膜法脱氧过程中的传质问题，为以后用于脱除液体中气体的膜器设计打下一定的基础。中空纤维膜接触器脱除水中溶解氧的研究1文献综述1．1水中溶解氧脱除的概述1．1．1水中溶解氧的来源及含量溶解氧，是指溶解于水体中以分子形态存在的氧气。水中溶解

4、氧主要来源于两方面：一个是水中溶解的氧气未饱和时，空气中的氧气溶解于水体中；另一个是水中植物通过光合作用释放出的氧气。氧气在水中的溶解度不大，并且是一个动态值111。一定的水中溶解氧的含量与空气中氧的分压、水温、水的深度、水中各种盐类和藻类的含量以及光照强度等多种条件有关。水中溶解氧的含量是考察水质的一个重要指标。例如，我国地表水分类就以溶解氧作为一个重要参数，氧含量为7．5mg／L、6mg／L、5mg／L、3mg／L和2mg／L分别对应I类、II类、III类、Ⅳ类和V类水质121。当溶解氧含量在2mg／L以下时，水体就会发臭，当水中溶解氧的含量低于3--4mg／L时，许

5、多鱼类都将因缺氧而死亡，对于人类，健康的饮用水中溶解氧含量不得小于6mg／L。常压下，不同温度水中溶解氧的饱和浓度见表1．1【引。表1．1常压下不同温度空气饱和水溶解氧的浓度(1atm)Tab．1．1Concentrationofdissolvedoxygeninairsaturatedwateratnormalpressure(1atin)大连理工大学硕士学位论文1．1．2溶解氧的不良影响氧气是人类维持生命，生物赖以生存的必要条件之一，例如水中溶解氧的存在为水生动植物的生存提供了基本条件，但在特定的条件下，对于许多工业过程，水体中溶解氧的存在却造成了一系列不良影响，甚至

6、会危害生产的安全。对溶解氧含量有严格要求的有半导体、生物技术、食品、制药，火力发电以及油田等行业。对于半导体行业，由于产品的集成度越来越高，尺寸越来越小，微小污染都会对硅片表面有非常明显的影响，更能在硅片的表面形成一层无定型氧化硅，影响器件的性能和成品率。对于食品行业，由于食品的主要成分是碳水化合物、蛋白质、维生素和脂肪等。这些成分与氧气接触就会产生氧化反应，从而破坏维生素，破坏原有成分，促进霉菌和腐败菌的繁殖，破坏原有色、香、味，甚至产生难以接受的异味，对罐装食品还会引起马口铁的氧化腐蚀。氧气接触油脂，会引起油脂的腐变发黄。苹果、马铃薯、蘑菇等许多水果蔬菜表皮破损或切开

7、后暴露于空气中，就很容易从切口表面开始氧化褐变，并向内部扩展。制作饮料的水质中如含有空气，则会直接影响饮料的质量。(1)若水中含有2ml空气，就会使汽水中的二氧化碳融入量减少lOOml，若空气含量过多，N-氧化碳气体完全不能溶入。因此，空气能影响汽水的碳酸化效果。(2)水中若没有空气，则很容易引起饮料起泡，尤其当压力降低时，会产生大量泡沫。(3)空气为非凝性气体，为了使二氧化碳按规定的量溶入水体，则必须加大压力，其结果有可能引起容器爆炸。(4)水中含有空气，使饮料氧化而缩短保质期。因此，饮料生产企业一般都将用作饮料的水体和调和