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中空纤维膜器内液膜过程壳程传质研究

作　者: 杨彦强
导　师: 任钟旗
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 中空纤维膜器中空纤维更新液膜装填因子膜器尺寸传质模型
分类号: TQ028.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

中空纤维更新液膜(HFRLM)技术是一种新型的同级萃取反萃分离技术。该技术的核心设备是中空纤维膜器,膜器结构和膜丝参数是影响中空纤维更新液膜传质性能的重要因素。中空纤维膜器内壳程的传质过程较为复杂,研究者们得出的结论差异较大,因此无论是理论、实验还是模型计算上都需要深入的研究。本文以CuSO4-Lix984N/煤油-H2SO4为实验体系,采用料液相流经壳程,反萃相和有机相混合流经管程的操作方式,研究了膜器结构对中空纤维更新液膜传质性能的影响。结果表明：由于过程传质阻力主要集中于料液侧水相边界层内的扩散阻力,传质通量随管程流速变化较小,随壳程流速增大而增大。操作压差、反萃相中Cu2+的浓度和并流逆流操作方式对传质通量基本没有影响。随着膜器装填因子和纤维膜丝有效长度的增大,中空纤维更新液膜过程的传质通量和传质系数均下降。随着膜器长径比的增大,中空纤维更新液膜传质系数呈现出先增大后减小的趋势。中空纤维膜器壳程流体流动的非理想程度愈严重,在其内进行的液膜过程传质性能下降幅度愈大。基于表面更新理论和阻力串联模型,引入壳程流体流动非理想性参数(Pe)建立了中空纤维更新液膜的传质模型。采用单程、循环和串级实验结果对模型进行了验证,模型计算值与实验数据吻合较好。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-16
第一章文献综述  16-28
  1.1 中空纤维膜器  16-19
    1.1.1 中空纤维膜器及特点  16-18
    1.1.2 中空纤维膜器在分离过程中的应用  18-19
  1.2 中空纤维膜器内的传质过程  19-22
  1.3 中空纤维膜器壳程内的传质过程  22-24
    1.3.1 壳程流体流动非理想性  22-23
    1.3.2 装填因子  23
    1.3.3 中空纤维器结构及放大研究  23-24
  1.4 中空纤维更新液膜技术  24-26
    1.4.1 液膜技术  24-25
    1.4.2 中空纤维更新液膜技术  25-26
  1.5 本课题研究的内容及目的意义  26-28
第二章理论部分  28-38
  2.1 概述  28-30
  2.2 中空纤维更新液膜中的传递过程  30-33
    2.2.1 传递推动力的分析  30-31
    2.2.2 传质系数的计算  31-33
  2.3 传质模型的建立  33-36
  2.4 本章小结  36-38
第三章中空纤维更新液膜操作条件的研究  38-48
  3.1 概述  38
  3.2 实验部分  38-41
  3.3 结果讨论  41-47
    3.3.1 两相压差的影响  41-42
    3.3.2 流速的影响  42-44
    3.3.3 反萃相回用的影响  44-45
    3.3.4 逆并流操作的影响  45-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章装填因子对中空纤维更新液膜传质性能的影响  48-62
  4.1 概述  48-49
  4.2 实验部分  49-50
  4.3 中空纤维膜器壳程停留时间分布的测定  50-51
  4.4 装填因子对中空纤维膜器中液膜传质过程的影响  51-55
  4.5 壳程传质关联式  55-58
  4.6 装填因子对中空纤维更新液膜循环过程的影响  58-61
  4.7 本章小结  61-62
第五章膜器尺寸对中空纤维更新液膜传质性能的影响  62-74
  5.1 概述  62
  5.2 实验部分  62-63
  5.3 膜器长度对中空纤维更新液膜传质过程的影响  63-64
  5.4 膜器壳体直径对中空纤维更新液膜传质性能的影响  64-72
    5.4.1 停留时间分布  65-66
    5.4.2 单程实验研究  66-68
    5.4.3 循环实验研究  68-71
    5.4.4 串级实验研究  71-72
  5.5 本章小结  72-74
第六章结论  74-76
参考文献  76-84
致谢  84-86
研究成果及发表学术论文  86-88
作者和导师简介  88-89
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  89-90

中空纤维膜器内液膜过程壳程传质研究

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