膜分离过程中的强化传质研究进展.ppt

膜分离过程中的强化传质研究进展 刘 元 法 贺 高 红* 渗透通量的衰减 通量衰减的原因 渗透通量表达式 浓差极化 浓差极化的数学模型 凝胶层模型 渗透压模型 边界层阻力模型 凝胶层模型 渗透压模型 边界层阻力模型 膜污染及数学模型 浓差极化和膜污染的危害 形成沉积层或凝胶层，增加传质阻力 引起渗透压增大，从而减小传质推动力 膜渗透通量的降低 膜分离性能的下降 减少膜污染的方法 强化传质的研究热点 ? 湍流强化器 ? 脉动流动(Pulsatile-flow) ? 振荡流(Oscillatory-flow) ? 复合湍动方式 ? Dean旋涡法 ? Taylor旋涡法 ? 两相流 强化效果比较 湍流强化器 Improvement comparison —Limiting flux ? Limiting flux of conventional system Improvement comparison—Long term flux / steady state flux ?Steady state flux of conventional system Dean旋涡法 Dean旋涡法 气液两相流强化传质 强化传质的评价标准 强化传质的评价标准 强化传质的评价标准 * * 大连理工大学化工学院 膜科学与技术研究开发中心 2006年石油和化工行业节能技术研讨会 渗透通量随时间的衰减曲线 渗透通量 时间 Rg Rm Ra Rp Rcp 多孔膜 原料 各种阻力 Rp：堵孔 Ra：吸附 Rm：膜 Rg：凝胶层 Rcp：浓差极化 渗透通量 = 推动力 / （ 粘度 × 总阻力 ） 浓差极化示意图 边界层 主体溶液 渗透流股 膜 0 δ x 慢组份 快组份 传质推动力 通量衰减的主要原因之一 浓差极化和凝胶形成 边界层阻力示意图 通量 时间 浓差 极化 膜 污 染 通量随时间变化的趋势 滤饼模型 通量衰减的主要原因之二 ? 原料液预处理 ? 预过滤 ? 热处理 ? pH值调节 ? 加配合剂 ? 活性碳吸附 ? 加稳定剂 ? 膜的改性 ? 亲水膜 ? 荷电膜 ? 膜清洗 ? 反洗 ? 化学清洗 ? 机械清洗 ? 电清洗 Turbulent flow Instabilities Inserts Vortices Pulsation Rough surface Chemical methods Hydrodynamic methods Physical methods Couette flow Flow in a curved channel (Taylor) (Dean) Typical methods to reduce concentration polarization 改变膜表面流体流动状态 2.5 膜面上设置湍流强化器 9 凹凸不平的粗糙膜表面 7.5 膜管内放置湍流强化器 6 Dean旋涡 3.5-7 Taylor旋涡 3.3 复合湍动 1.6 脉动流 强化系数 强化方式 管式膜湍流强化器 平板膜湍流强化器 ? Limiting flux of baffled system Flux enhancement is 71~127% ?Steady state flux of baffled system Flux enhancement is 93% 流体在流经弯曲流道时，由于离心力作用流体元将沿径向向外流动，为了保持流体流动连续性，同样数量的流体会由相反方向流过来。当流速达到一定值，这种二次流得到强化，弯曲流道中会出现有规则分布的成对反向旋涡，产生流体不稳定性。 垂直管中的流型 水平管中的流型 Petr MikulBSek*, Desalination 146 (2002) 103-109 两相流强化传质 The gas-liquid two phase flow is able to maintain the permeate flux at a constant and high level during the entire experiment run. The largest enhancement in flux is slug flow. ? Application of slug flow pattern is a good compromise between the flux enhancement and the air consumption. ? 层流流动时，两相流强化效果明显，渗透通量可达到320% 。 ? 湍流流动时，两相流强化效果不显著。 Z. F. Cui, Journ