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陶瓷膜性能测试系统的设计与评价

作　者: 陆均杰
导　师: 吴建青
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料工程
关键词: 陶瓷膜渗透性选择分离性表征系统设计组装
分类号: TQ051.893
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

微滤/超滤陶瓷膜具有优秀的化学稳定性、热稳定性以及机械稳定性，适应高温高压与其他苛刻的工作环境，广泛用于石油化工、环保冶金、医药生物等技术领域。陶瓷膜的分离选择性参数包括膜孔径和孔径分布、膜厚度、膜表面孔隙率；渗透性参数包括膜通量与膜截留率。由于陶瓷膜的不对称结构以及膜孔结构的特殊性，常规多孔材料检测手段表征陶瓷膜的结构参数效果并不理想全面，而且与膜过程密切相关的渗透效率、膜寿命等渗透参数缺乏系统性表征。本文通过设计组装一套陶瓷膜性能测试装置，将膜的分离选择性与渗透性关联起来构建一个严谨科学的膜性能表征系统。设计组装的膜通量—压力测试装置是一个具有错流过滤与反冲清洗膜操作的高精度膜过程监控系统（测量误差为0.2%读数），可模拟实际微滤/超滤膜过程，实现膜工作压力（过滤压≤10bar，反冲压≤6bar）的步进/衰减与恒流/恒压精确控制以及系统液相的流量和流速准确测量。通过建立膜通量—跨膜压差、膜通量—时间、膜阻力—跨膜压差函数关系，分析获得陶瓷膜的结构性渗透参数，膜强度，膜寿命以及特定膜过程的分离选择效率与膜系统运行最优工作压强与错流流速。泡压测试系统基于气液置换原理，以渗透气体流量精确表征陶瓷膜最大孔径毛细管孔被打通时的压力，去除了泡点压力判断的不确定性。系统通过持续测量陶瓷膜润湿前后管路的渗透气体流量和对应压力的变化（误差0.2%读数），分别获得高分辨率的陶瓷膜干燥状态与润湿状态的流量—压强曲线，结合1/2干膜曲线分析获得陶瓷膜的最大孔径、平均孔径、最小孔径以及计算校正膜孔径分布。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-22
  1.1 陶瓷膜现状  10-14
    1.1.1 陶瓷膜的发展与国内外现状  10-12
    1.1.2 陶瓷膜的性能与应用  12-13
    1.1.3 陶瓷膜的操作方式与压力推动过程  13-14
  1.2 陶瓷膜的渗透性与选择性的表征  14-18
    1.2.1 陶瓷膜相互制约的渗透性与选择性  14-16
    1.2.2 陶瓷多孔膜的性能表征  16-18
  1.3 基于 Lab VIEW 的测试数据处理  18-21
    1.3.1 Lab VIEW 简介  18-19
    1.3.2 基于 Lab VIEW 的测试信号采集  19-20
    1.3.3 基于 LabVIEW 的部件控制  20-21
  1.4 课题的提出  21-22
    1.4.1 课题研究现状  21
    1.4.2 课题研究内容  21-22
第二章膜通量—压力测试系统的设计与评估  22-51
  2.1 膜通量—压力测试系统的性能要求  22-23
  2.2 测试对象微滤/超滤陶瓷膜规格  23-24
  2.3 膜通量—压力测试系统的设计  24-30
    2.3.1 膜通量-压力测试系统结构  24-25
    2.3.2 膜通量—压力测试系统的结构说明  25-29
    2.3.3 膜通量-压力测试系统的通讯控制设计说明  29-30
  2.4 膜通量—压力测试系统的选型计算  30-39
    2.4.1 系统密封性的设计计算  30-33
    2.4.2 系统膜过程运行参数范围计算  33-37
    2.4.3 系统的组件选型说明  37-39
  2.5 膜通量——压力测试系统的性能评估  39-50
  2.6 本章小结  50-51
第三章泡点压力测试系统设计与评估  51-63
  3.1 泡点压力测试系统的性能要求  51-52
  3.2 泡点压力测试系统的设计与选型  52-58
    3.2.1 泡点压力测试系统的结构设计与操作指引  52-53
    3.2.2 泡点测试系统的压力调节与数据采集  53-54
    3.2.3 泡点测试系统的运行参数计算  54-57
    3.2.4 泡点测试系统部件的选型  57-58
  3.3 泡点测试系统的性能评估  58-62
  3.4 本章小结  62-63
第四章结论  63-64
  4.1 完成的主要工作  63
  4.2 展望  63-64
参考文献  64-68
攻读硕士学位期间取得的研究成果  68-69
致谢  69-70
附件  70

陶瓷膜性能测试系统的设计与评价

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