利用CFD模拟纳滤膜过程中渗透通量大小Fimbres.PPT

电催化氧化耦合纳滤处理染料废水的数值模拟和实验研究 报告人：孙玉宽 专业：化工过程机械 指导教师：许莉教授 目录 课题背景 课题背景 课题背景 课题背景 课题背景 课题背景 相关报道 相关报道 相关报道 相关报道 单纯纳滤过程CFD模拟 单纯纳滤过程CFD模拟 单纯纳滤过程CFD模拟 单纯纳滤过程CFD模拟 单纯纳滤过程CFD模拟 CFD对直流电场提高渗透通量的研究 CFD对直流电场提高渗透通量的研究 CFD对直流电场提高渗透通量的研究 CFD对直流电场提高渗透通量的研究 CFD对直流电场提高渗透通量的研究 文献综述 探索模型 探索模型 探索模型 研究思路 研究思路 * * 国家自然科学基金 课题背景 相关模型简介 课题开展思路 膜分离在化工、生物、医药、食品、环境保护等领域得到广泛应用。 优点 无化学反应 无需加热 无相变转换 不会破坏生物活性 水透过膜使膜表面的溶质浓度增加，在浓度梯度作用下，膜表面形成溶质浓度边界层，它对水的透过起着阻碍作用。 浓差极化 引起渗透压升高，导致溶剂渗透通量下降 溶质通过膜的通量上升 堵塞膜孔 严重时使膜丧失分离性能 浓差极化和膜污染不良影响： 电催化氧化处理染料废水 优点 反应速度快 脱色率高 常温常压 产泥量小 在外加电流的作用下，阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应，借助阳极上的氧化反应达到去除染料废水中有害物质的方法称为电催化氧化。 “环境友好”型技术 缺点 能耗大 电流效率低 电催化和纳滤技术结合在一起处理染料废水，可以实现纳滤与电催化氧化的相互促进，从而提高废水处理的效率。 电催化氧化耦合纳滤的通量 电催化氧化电极耦合纳滤 电场耦合纳滤 纳滤 但是确切定量理论机理尚不明确，急需数学理论解释 Kapellos、Schulenburg、Picioreanu等[9]在研究中将膜视为多孔介质,模拟了膜污染的形成。 Vrouwenvelder[10]等采用耦合模型计算了螺旋式反渗透/纳滤膜污染的形成，并通过实验验证。 Rahimi[11]等采用CFD中的离散相模型模拟了微滤过程的膜污染，并实验验证了该模型。 Ahmad[12]等采用CFD模拟了不同条件下的浓差极化分布曲线、传质系数和壁面剪切力。 不可逆热力学模型（S-K） 溶解扩散模型 浓差极化传质模型 纳滤的渗透模型 Donnan平衡模型 扩展的Nernst-Planck方程模型 渗透压模型 Schwinge et al.[13](2002)用CFD软件模拟了不同的装置中，雷诺数，网格大小和密度对膜过程的渗透通量的影响。 Wiley and Fletcher[14] (2003)针对压力驱动膜分离过程对浓差极化做了模拟。 S. Wardeh[15]用有限体积法，利用CFD模拟纳滤膜过程中，渗透通量大小。 Fimbres、Ranade、Koutsou、Li[16]等研究了来流攻角和隔网内角变化对传质及能耗的影响。 Shen and Probstein[17]针对电场耦合超滤处理废水提出一个简单模型。 Probstein[18]再次基础上提出一个模拟超滤凝胶层的模型。 Biswajit Sarkar[19]针对电场辅助超滤处理含有果胶和蔗糖果汁做了模拟。 S. Wardeh对纳滤过程模拟的物理模型 （chemical engineering research and design 2008年） 物理模型 数学模型 数学模型 边界条件 结论 单纯纳滤过程CFD模拟 仅仅考虑了矩形通道里的纳滤过程。 没有电场的作用，更没有电催化氧化的作用。 存在问题 (Journal of Membrane Science (2008)) 物理模型 数学模型 数学模型 边界条件 结论 单纯纳滤过程CFD模拟 存在问题 虽然考虑了电场的作用，但是没有考虑电化学降解和气泡的扰动作用。 总结模型特点 连续性方程 动量方程 传质扩散方程 渗透模型 数学方程 边界条件 模型是在一维方向得到传质-扩散方程 没有考虑横向流速的影响 也没有考虑气泡扰动的作用。 存在问题 *