膜法脱除易凝气中水蒸气及其渗透机理研究

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1、大连理工大学硕士学位论文膜法脱除易凝气中水蒸气及其渗透机理研究姓名：杨建申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：贺高红20080601大连理工大学硕士学位论文摘要气体膜法脱湿工艺是近年来发展起来的新型脱湿技术，其在天然气和空气脱湿领域已有成功的应用。采用膜法脱湿具有投资少、能耗低和操作弹性大等优点，具有广阔的发展前景。一氯甲烷和1，1一二氟乙烷(HFC．152a)，分别作为丁基橡胶反应溶剂和制冷剂使用时，对其含水量有苛刻的要求。目前，普遍采用分子筛吸附法进行气体深度脱湿，该法设备投资大、操作复杂、能耗较高。而采用膜法与分子筛吸附耦合技术，可将膜法中度脱湿和吸附法

2、深度脱湿的技术特点结合起来，达到稳定生产和节能降耗的目的。本文主要研究膜脱湿单元，进行了膜法脱除一氯甲烷中水蒸气的现场实验。在操作压力0．15～0．35MPa条件下，可以将一氯甲烷原料气的含水量从2000ppmw降低至300ppmw以下，可以满足工厂的实际需求。原料气温度和含水量的下降，使表观分离系数显著下降。通常认为，浓差极化是引起这种变化的原因。目前，气体膜分离浓差极化研究较少，建模过程中忽略了膜结构的影响，与实际偏差较大。针对此问题，本文将膜支撑层结构加入到计算模拟区域，建立了气体膜分离浓差极化的扩展模型。通过研究获得了气流主体边界层、支撑层膜孔和致密层的传

3、质阻力，发现支撑层膜孑L内的阻力约为气流主体边界层阻力的两倍。可见，支撑层的影响不能忽略。利用上述扩展模型，考察了原料气表面流速、压力、组成、渗透通量以及分离系数对浓差极化程度的影响，发现原料气压力和渗透通量对浓差极化影响较大。一氯甲烷脱湿实验结果与浓差极化模型计算结果不符，本文针对这一问题，提出了竞争冷凝渗透机理。HFC．152a脱湿现场实验进一步验证了竞争冷凝渗透机理的正确性。通过计算各渗透组分的相互作用参数，得知水蒸气与一氯甲烷及HFC．152a有较强的相互作用，在竞争渗透的同时可能存在混合成簇迁移现象。针对工厂HFC．152a脱湿流程存在的问题，设计了冷冻

4、法一膜法一吸附法耦合脱湿流程，能耗较低。关键词：中空纤维膜；脱湿；计算流体动力学模拟；浓差极化；毛细冷凝膜法脱除易凝气中水蒸气及其渗透机理研究RemovalofWaterVaporfromCondensableGasbyMembraneTechnologyandStudyofitsPermeationMechanismAbstractGasdehumidificationprocessbymembranetechnologyisanewlydevelopeddehumidificationtechnology，whichhasbeensuccessfullyapp

5、liedinnaturalgasandairdehumidificationetc．fields．Dehumidificationbymembranetechnologypossessesmanyadvantages，suchaslowinvestment，lowenergyconsumption，convenientusageandflexibleoperationetc．，havingabroadprospectfordevelopment．Whenusedasbutylrubberreactionsolventandrefrigerantrespective

6、ly，methylchlorideand1．1．difluoroethane(HFC．152a)havecriticaIrequirementsfortheirwatercontents．Thecurrentcommonlyadoptedgasdeepdehumidificationtechnologyismolecularsieveadsorption，whichrequireslargeequipmentinvestment，complicatedoperationandhighenergyconsumption．Whiletheadoptionofmembr

7、anetechnologycoupledwithmolecularsieveadsorptioncouldmakeacombinationofthetechnicaladvantagesofthesetwomethods，i．e．，middledegreedehumidificationofmembranetechnologyanddeepdehumidificationofadsorption，SOastoachievestableproductionandlowenergyconsumption．Inthiswork，themembranedehumidifi

8、catio