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*,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,渗透通量的衰减,渗透通量随时间的衰减曲线,渗透通量,时间,通量衰减的原因,各种阻力 Rp：堵孔 Ra：吸附 Rm：膜 Rg：凝胶层 Rcp：浓差极化,渗透通量表达式,渗透通量 = 推动力 / （ 粘度 总阻力 ）,浓差极化,通量衰减的主要原因之一,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,浓差极化和凝胶形成,渗透压模型,边界层阻力模型,边界层阻力示意图,膜污染及数学模型,滤饼模型,通量衰减的主要原因之二,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, 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,减少膜污染的方法,Typical methods to reduce concentration polarization,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,改变膜表面流体流动状态,强化效果比较,湍流强化器,管式膜湍流强化器,平板膜湍流强化器,Improvement comparison Limiting flux, Limiting flux of conventional system, Limiting flux of baffled system,Flux enhancement is 71127%,Improvement comparison Long term flux / steady state flux,Steady state flux of conventional system,Steady state flux of baffled system,Flux enhancement is 93%,Dean旋涡法,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。,Dean旋涡法,气液两相流强化传质,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, Journal of Membrane Science 117(1996) 109-116,“Gas sparging”,两相流强化传质,P. Pospil , Chemical Engineering Journal 97 (2004) 257263,两相流强化传质,操作条件： 气速 2.0m/s 液体表观速度 1.0m/s 操作压力 100 kPa 渗透通量最大可提高90%,强化传质的评价标准,1、渗透通量强化系数,式中，JTP为有强化器时的渗透通量， JNTP为没有强化器时的渗透通量。,强化传质的评价标准,2、能耗增加系数,式中，W为有强化器时的能耗， W0为没有强化器时的能耗。,强化传质的评价标准,3、单位体积渗透液所需要的能耗 E（W.h/L或kW.h/m