膜吸收过程传质性能的研究

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1、北京化工大学博士学位论文膜吸收过程传质性能的研究姓名：高坚申请学位级别：博士专业：化学工艺指导教师：张泽廷20060510北京化工大学博士学位论文膜吸收过程传质性能的研究摘要膜吸收技术是将膜分离技术与传统气体吸收技术相耦合的新型分离技术。在膜吸收过程中，气液两相分别在膜两侧流动，在膜微孔处接触发生传质。由于膜吸收这个特点，使得该技术能克服传统气体吸收塔液泛、雾沫夹带、负荷限等缺点，并具有单位体积接触面积大、通量大、可任意改变两相的流量等优点。该过程所使用的膜多是固体多孔膜。多孔膜本身不具有分离作用，只起到分隔两相和固定相界面的作用。目前，膜吸收过程传质性能的研究远不能满足理

2、论研究和工程应用的需要，故对其深入进行实验和理论研究，具有重要的理论意义和实际价值。本文主要从以下几方面对膜吸收过程的传质性能进行了实验和理论研究：(1)选用具有不同微观结构的板式膜，采用合适的操作流程和反应分离体系(慢速吸收体系：纯C02一去离子水；快速吸收体系：纯C02-NaOH溶液)，放大液相传质阻力，深入的研究了膜微孔大小、膜厚度、孔隙率、膜微孔形态等因素对膜吸收过程传质性能的影响。实验结果表明，膜厚度不影响膜吸收过程。膜孔隙率对膜吸收传质过程影响较复杂，对于慢传质体系(物理吸收)，孔隙率几乎不影响膜吸收过程的传质性能；对于快传质体系(化学吸收或吸收剂流速增i北京化

3、工大学博士学位论文大)，孔隙率对膜吸收过程的传质性能有较大影响，其中大孔径、大孔隙率的膜有利于传质。同时，实验结果还发现，膜厚度和孔隙率对传质的影响与膜微孔形态(拉伸孔和柱状孔)无关。(2)建立了描述溶质在液相侧膜表面微孔处二维扩散传质行为的数学模型，分析了孔隙率等因素对膜吸收过程传质的影响。研究结果表明孔隙率影响膜吸收过程传质性能的实质是溶质在液相侧膜表面的浓度分布，溶质在液相侧膜表面的切向方向不能完全覆盖整个膜表面，从而影响传质。另外，孔隙率对膜吸收过程的传质性能影响还与吸收体系的传质速率有关。上述研究结果为准确计算中空纤维膜吸收过程真实传质系数和准确关联各项分传质阻力

4、，以及为中空纤维膜壳程流体流动非理想性等方面的研究提供了实验和理论支持。(3)选用特定实验体系：S02一去离子水或NaOH溶液；C02一去离子水或NaOH溶液，利用C02和S02在碱液吸收时的反应特性，实验考察了中空纤维膜吸收过程中的传质偏差现象。实验结果表明，在中空纤维膜吸收S02的过程中，存在传质偏差现象；在中空纤维膜吸收C02的过程中，则没有传质偏差现象发生。(4)建立了中空纤维膜吸收过程中的数学模型，从数学模拟结果可知，对于一级快反应、二级慢反应的反应体系，一价离子在边界层内的积累是造成传质偏差的主要原因，而非前人研究所认为的是离子化强度的影响；对于一级慢反应、二级

5、快反应的反应体系，边界层内没有一价离子的积累，因而没有传质偏差现象发生。北京化工失擘博士学位论文以上研究结果有助于膜吸收技术研究中膜的选择和改进，也有助于中空纤维膜技术的研究和应用。关键词膜吸收，孔隙率，传质，浓度分布，数学模型北京化工大学博士学位论文STUDY0NTHEMASSTRANSFERPERFoRMANCEINTHEMEMBRANEABSORPTIONPROCESSABSTRACTMembraneabsorptiontechnologyisnovelseparatetechnologythatcombinemembraneseparationtechnologya

6、ndtraditionalgasabsorptiontechnology．Inthemembraneprocess，thegasphaseandtheliquidphase(absorbent)flowalongthedifferentsideofmembrane，andcontacteachotherthroughthemicro-poresofthemembrane．So，comparedtothetraditionalabsorber,themembraneabsorbercallovercometheshortcomingofflooding，loading,cha

7、nneling，etc，．So，membraneabsorptiontechnologyhasadvantagesofbigspecialmasstransferareaandflux，bigoperatingrangeofgasorliquidvelocity,etc，．Inthemembraneabsorptionprocess，porousmembraneisonlyusedasinterfaceorgasandliquidphase．Inthepresent，thestudyofmasstransferpe