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真空膜蒸馏机理研究

作　者: 甘利华
导　师: 陶长元
学　校: 重庆大学
专　业: 物理化学
关键词: 真空膜蒸馏（VMD） 质量传输机制 混合流模型 贡献系数
分类号: TQ028.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要


膜分离是一门新型的高分离、浓缩、提纯及净化技术。膜蒸馏技术是膜分离技术中的一个重要分支，它是指利用一疏水性的多孔膜，膜热侧与待处理液直接接触，待处理溶液中的水在膜热侧汽化后，气体在压强差的推动下，通过膜孔传递到膜冷侧，冷凝后收集或除去的一种分离技术。真空膜蒸馏（VMD）技术是膜蒸馏技术的一种，其研究主要集中于工艺过程及其影响因素、过程机理及过程应用三大方面。VMD与其它膜蒸馏过程的最根本区别在于有真空系统提供增强驱动力，同时又具有气隙膜蒸馏的特点。本文在评述真空膜蒸馏技术研究现状的基础上，对膜蒸馏过程热侧、膜内及冷侧的质量传输和热量传输行为进行了深入的分析与推导。理论推导与计算表明：膜的导热性对真空膜蒸馏过程的影响可以忽略，膜蒸馏过程膜内质量传输机制是努森流与粘性流共同作用的混合流机制。本文进行了气体渗透实验、蒸馏水的VMD实验及含铬水溶液的VMD实验。实验结果的分析表明：在VMD过程中，其过程主要阻力来自于热侧汽化和膜内的质量传输；热量传输与质量传输是相互影响、相互制约的；其过程中的浓度极化和温度极化现象是膜蒸馏过程进行时的必然现象。实验表明，随进料温度、进料流速、冷侧真空度的增大，膜通量增大；但进料流速增大到60L.h-1之后，通量随进料流速的增长变缓；膜通量随孔径较快地增大，但当膜平均孔径达到0.5m时，截留率迅速降低，已无实际意义。在上述理论推导及实验分析的基础上，本文将热侧溶剂传输与溶质传输、膜蒸馏过程热量传输与质量传输相关联，并引入一个能够反映膜内质量传输特征的“贡献系数”，将努森流模型与粘性流模型结合起来，从而提出了新的混合流模型。 为验证所建模型的实用性与正确性，利用VB6.0编制了一个能够进行循环迭代的计算程序，计算出模型的理论值。结果显示，模型计算值与实验值在较大范围有良好的一致性。

全文目录


中文摘要  4-5
英文摘要  5-9
1 引言  9-17
  1．1 膜分离技术概论  9-10
  1．2 膜蒸馏技术概况  10-14
    1．2．1 膜蒸馏技术的应用及进展  10-11
    1．2．2 膜蒸馏用膜  11
    1．2．3 膜蒸馏分类  11-12
    1．2．4 影响膜蒸馏过程的因素  12-13
    1．2．5 膜蒸馏技术的优点  13-14
  1．3 VMD过程概述  14-15
    1．3．1 VMD过程的基本原理  14
    1．3．2 VMD过程的优点  14
    1．3．3 VMD过程的研究现状  14-15
  1．4 本论文的研究目的  15-17
2 过程阻力测试及分析  17-25
  2．1 膜结构测定  17-19
    2．1．1 实验仪器及材料  17
    2．1．2 分离膜的预处理  17
    2．1．3 实验内容与方法  17-19
  2．2 空气渗透实验  19-20
    2．2．1 试验内容与方法  19-20
    2．2．2 工艺流程图  20
  2．3 汽化阻力测试-蒸馏水的VMD试验  20-21
    2．3．1 试验仪器、材料及装置  20
    2．3．2 试验内容与方法  20
    2．3．3 进料在膜组件内的流动示意图  20-21
  2．4 结果与讨论  21-25
    2．4．1 气体渗透试验  21
    2．4．2 蒸馏水的VMD试验结果与讨论  21-24
    2．4．3 小结  24-25
3 机理研究及模型构建  25-46
  3．1 膜蒸馏过程的基本认识  25-40
    3．1．1 热侧的基本认识  25-29
    3．1．2 膜内传输的认识  29-33
    3．1．3 冷侧  33-35
    3．1．4 专题讨论  35-40
  3．2 VMD混合流模型构建  40-44
    3．2．1 混合流模型的研究现状  41-42
    3．2．2 温度、浓度分布及混合流模型的构建  42-44
  3．3 VMD过程模拟  44-46
    3．3．1 计算机模拟的必要性  44-45
    3．3．2 实现途径即程序设计思想  45-46
4 混合流模型的实验验证  46-52
  4．1 含铬溶液的VMD实验  46-47
    4．1．1 实验仪器与材料  46
    4．1．2 实验内容与方法  46
    4．1．3 考查参数及计算  46-47
  4．2 实验结果与讨论  47-51
    4．2．1 通量与温度关系  47
    4．2．2 通量与进料流速的关系  47-48
    4．2．3 通量与冷侧压强的关系  48
    4．2．4 通量与进料浓度的关系  48-49
    4．2．5 TCP、CPC与进料温度的关系  49-51
  4．3 小结  51-52
5 结论和展望  52-53
  5．1 结论  52
  5．2 展望  52-53
致谢  53-54
参考文献  54-58
附录  58-65
  附录1VMD过程计算程序  58-65
  附录2硕士期间发表论文  65

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工过程（物理过程及物理化学过程） > 分离过程 > 单相系液态混合物的分离过程 > 蒸馏与精馏
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