吸附-扩散模型应用研究.pdf

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1、第41卷第5期化工技术与开发Vo1．41No．52012年5月Technology&DevelopmentofChemicalIndustryMay．2012吸附一扩散模型应用研究王一鸣(中国联合工程公司，浙江杭州310022)摘要：对吸附功散模型(ADM)溶质脱除率方程和溶液渗透通量方程进行数学简化，利用简化的吸附扩散模型(ADM)对KCI~iE液反渗透过程和络合醋酸铅溶液超滤过程进行模拟，结果表明简化的吸附一扩散模型(AJ)能较好地描述多孔膜的分离过程，简化模型参数的变化能够直观地反映膜分离规律。关键词：吸附一扩散模型(ADM)；

2、模拟；反渗透；超滤中图分类号：TO028文献标识码：A文章编号：1671-9905(2012)05-0015-03在反渗透工艺过程设计中，常用分离模型预测系统或元件的产水量和脱盐率。目前，工程上常用的分离模型有溶解一扩散模型【1(SDM)和优先吸11一∑(1一一剐生希h{爰一1一鲁附一毛细孔流模型圆(PSCFM)。随着人类对膜分离过程认识的不断深入，优化现有模型、建立新模型D／m等研究成果不断涌现，其中一种新的描述多孑L膜分离过程的模型——吸附一扩散模型[3】(ADM)，引起了人们的兴趣。程会文等嘲以吸附一扩散模型其中y(0)是与膜电

3、荷密度有关的参数，(ADM)为理论基础，采用遗传算法对反渗透膜性能是与膜孑L隙率有关的参数，为溶质组分i的分进行数学模拟，计算出了膜一溶质相互作用的物化配系数，浓差极化比：——二三参数。郭宇彬等p研究了吸附一扩散模型(ADM)，其中与溶解一扩散模型(SDM)的相互关系，验证了吸h)【唧)】)为溶质组分i的表观分配系数，K)=0)(1一附一扩散模型(ADM)的正确性。本文对吸附一扩+。散模型(ADM)进行数学简化，并利用简化模型对膜由于吸附一扩散模型(ADM)数学形式比较复分离过程进行模拟。杂，当溶质摩尔分数较小时，对其进行一级近似处1

4、吸附一扩散模型(ADM)理，得：焉=1一exp(一易(3)模型假设稳态时膜中溶液体积通量恒定，溶质、溶剂在膜表面和膜孔壁表面单分子吸附、脱附导致；A【△PG(^】(4)的扩散和膜孔内溶液相中溶质、溶剂的扩散共同构其中=8)＼1一),Pl为溶质组分i的成了膜内物质的迁移，其溶质脱除率方程和溶液渗透通量方程为：透过率，P

5、}=l—R，对浓差极化比作一级近似处r蜀=1-l(0)(1一)理，得=exp{专】}。L2模拟与分析[_exp[一南+采用文献[8]的相关数据，分别用简化的吸附一扩散模型(ADM)和溶解一扩散模型(SDM)对KCI溶h卷

6、+h~-zO-x,)u,x,液反渗透过程进行模拟，见图1、表1和表2，分析可知：收稿日期：2012-02-0616化工技术与开发第41卷(1)吸附一扩散模型(ADM)较之溶解一扩散由于吸附一扩散模型(ADM)能够描述多孑L膜模型(SDM)能较好地描述KC1溶液反渗透过程。的分离过程，故采用文献【9]的相关数据，用简化的由式(3)、式(4)知，溶质脱除率、溶液渗透通量随操吸附一扩散模型(ADM)对络合醋酸铅溶液超滤过作压力的增大而上升。随着渗透通量的增大，浓差程进行模拟，见图2、表3，可以看出简化的吸附一扩极化影响逐渐显现，溶质脱除率的

7、上升幅度减小。散模型(ADM)的计算结果与实验结果符合较好，随(2)由Langmuir吸附等温式可知，溶质组分f着溶液浓度增大，溶质表观分配系数K)增大，溶在膜表面和膜孔壁表面吸附量随溶液浓度增大而增液渗透系数A减小。大，其分配系数增大，而膜孔隙率则随溶质吸附量的增大而减小，吸附一扩散模型(ADM)中参数变小。因此，随着溶液浓度增大，溶质表观分配系数Ki(3,1增大，溶液渗透系数A减小。P／KPa(符号为实验值，曲线为计算值)图2络合醋酸铅溶液超滤过程脱除率、渗透通量实验值与模型计算值随操作压力的变化关系表3吸附一扩散模型(ADM)模

8、拟超滤过程的参数值及均方差P／MPa(符号为实验值，曲线为计算值)浓度L．。)A，图1KCI溶液反渗透脱除率、渗透通■实验值与两种模型计／mg~100．05142．866xlO'2307x10-’。4374x10-36077x10-7算值随操作压力的变化关系．．．袭1吸附一扩散模型(ADM)拟合的参数值1000．05353．013x10"2．124x10-。3．500x10：5．929x103结论通过对吸附一扩散模型(ADM)溶质脱除率方程和溶液渗透通量方程进行一级近似处理，得到简表22种模型拟合的均方差化的吸附一扩散模型(ADM)，

9、利用简化模型对KC1浓度／mmol·L。SDMADM溶液反渗透过程进行模拟，其拟合精度优于溶解一8D：d『Ild口al1．023．782x10-2．866x10～4．787xlO2．161×10扩散模型(SDM)，模型亦