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CO₂膜吸收—膜解吸耦合操作过程的行为研究

作　者: 刘竞超
导　师: 张卫东
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 膜吸收膜解吸耦合操作传质效率能耗
分类号: TQ028.17
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

膜吸收-膜解吸法捕集分离CO2克服了传统塔器吸收-解吸过程中液泛、雾沫夹带等操作限制,提供了更大的传质比表面积且能量消耗低,具有很好的实际应用前景。实际工业过程中,CO2的捕集分离总是以吸收-解吸循环耦合的形式出现,但目前膜吸收领域的研究仍集中于单一吸收或单一解吸过程,对膜吸收-膜解吸耦合操作条件下各因素的影响情况探索较少。因而,本文系统考察了膜吸收-膜解吸耦合操作条件下,吸收/解吸温度、液相流速、吸收剂浓度等因素和中空纤维膜器结构参数、串并联操作方式等条件对传质性能、热能耗的影响情况及作用机制。实验结果表明：提高解吸温度、降低吸收温度、减小液相流速、增大吸收剂浓度、选取适中的装填因子均可以提高传质效率；较高的吸收温度、较低的解吸温度、较低的液相流速、较高的吸收剂浓度和适中的装填因子均有利于热能耗的降低。此外,多根膜接触器的串联操作可以增加吸收剂的停留时间,提高传质效率；并联操作可以在保证传质效率不降低的前提下,成倍增加单位时间内的吸收剂处理量。本文选择装填因子0.18的聚丙烯中空纤维膜接触器,以5.0mol·L-1的MDEA溶液为吸收剂,在液相流速0.035cm/s、解吸段管程压力80kPa、吸收温度40℃、解吸温度90℃条件下,采用多级串联方式作为较优实验条件。得到：有效负载率66.31%,传质通量19.98X10-4mol·m-2·s-1,总传质系数10.97×104m·s-1。升温显热49.92kJ/molCO2,蒸发潜热3.32kJ/molCO2。实验结果表明：在高传质效率下,膜吸收-膜解吸耦合操作过程热能耗远远低于常规吸收-解吸过程。

全文目录

学位论文数据集  4-5
摘要  5-7
ABSTRACT  7-17
第一章文献综述  17-33
  1.1 温室效应及CO_2捕集的意义  17
  1.2 CO_2捕集技术研究现状  17-20
    1.2.1 深冷分离法  18
    1.2.2 膜分离法  18
    1.2.3 吸附法  18-19
    1.2.4 吸收法  19-20
  1.3 膜吸收法在CO_2脱除过程中的应用  20-27
    1.3.1 膜吸收技术概述  20-21
    1.3.2 中空纤维膜吸收过程的研究进展  21-23
    1.3.3 吸收剂再生过程的选择  23-24
    1.3.4 中空纤维膜解吸过程概述  24-26
    1.3.5 中空纤维膜解吸过程的研究进展  26-27
  1.4 膜吸收-膜解吸耦合过程的研究进展  27-32
    1.4.1 膜吸收-膜解吸耦合过程的能耗分析  28-29
    1.4.2 膜吸收-膜解吸耦合过程的影响因素  29-32
  1.5 本课题的研究目的和意义  32-33
第二章实验部分  33-39
  2.1 实验装置及流程  33-34
  2.2 分析方法  34-35
  2.3 实验试剂及仪器  35-36
  2.4 实验数据处理  36-39
第三章结果与讨论  39-73
  3.1 初始CO_2负载量对膜吸收-膜解吸耦合操作过程稳态的影响  39-40
  3.2 吸收温度对膜吸收-膜解吸耦合操作过程传质效率和能耗的影响  40-44
    3.2.1 吸收温度对传质效率的影响  40-42
    3.2.2 吸收温度对热能耗的影响  42-44
  3.3 解吸温度对膜吸收-膜解吸耦合操作过程传质效率和能耗的影响  44-48
    3.3.1 解吸温度对传质效率的影响  44-46
    3.3.2 解吸温度对热能耗的影响  46-48
  3.4 液相流速对膜吸收-膜解吸耦合操作过程传质效率和能耗的影响  48-52
    3.4.1 液相流速对传质效率的影响  48-50
    3.4.2 液相流速对热能耗的影响  50-52
  3.5 吸收剂中MDEA浓度对膜吸收-膜解吸耦合操作过程传质效率和能耗的影响  52-56
    3.5.1 吸收液中MDEA浓度对传质效率的影响  52-54
    3.5.2 吸收液中MDEA浓度对热能耗的影响  54-56
  3.6 装填因子对膜吸收-膜解吸耦合操作过程传质效率和能耗的影响  56-63
    3.6.1 吸收段装填因子对传质效率的影响  56-58
    3.6.2 解吸段装填因子对传质效率的影响  58-61
    3.6.3 装填因子对热能耗的影响  61-63
  3.7 串、并联操作对膜吸收-膜解吸耦合操作过程传质效率和能耗的影响  63-70
    3.7.1 串联级数对传质效率的影响  63-67
    3.7.2 串联级数对热能耗的影响  67-69
    3.7.3 膜器并联对传质效率的影响  69-70
  3.8 较优条件下的操作情况  70-73
第四章结论与展望  73-75
参考文献  75-79
致谢  79-81
攻读学位期间发表的学术论文  81-83
作者和导师简介  83-84
附录  84-85

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