膜污染层分析及膜过程传质强化

摘要

该文还提和研究了中空纤维膜流动诱发振动及液体阻尼现象,通过对纤维及基内部流体的受力分析,建立了中空纤维膜流动诱发振动方程.理论预测并用实验证实了流动诱发振动能减轻浓差极化.在该实验条件下,流动诱发振动能使渗透通量提高5-10﹪.对工业上中空纤维组件的设计和操作提出了指导意见,即在中空纤维组件中纤维不宜过密排列,应尽量避免互相交错缠绕,操作中,组件的设计与安装应有利于渗透液排空,以利于产生流动诱发振动.设计制作了螺旋式中空纤维组件,实验表明其渗透通量能有较大提高,但同时阻尼力也会随之增加;考察了螺旋进料管对组件内流体流动与分离性能的影响,并考察和估计了螺旋管内不稳定性流动的持续距离,当不稳定性持续距离达到一定长度时,即能在一定程度上减轻浓差极化,提高渗透通量.因此实际应用中,设置螺旋进料管,并适应减小组件长度,将有利于膜的透过能力的有效发挥.实验研究了气液两相流操作对膜过程渗透通量的影响.在实验的基础上,分析了中空纤维内两相流的流型,并讨论了不同流型下两相流促进传质的机理,首次考虑了气体引入对液体透过膜阻力的降低作用,理论分析表明膜外和膜内阻力的降低与操作压力、原料液浓度及气体流速有关,并用实验数据进行多元线性回归得到阻力降低率与上述三个参量的关系.

目录

文摘

英文文摘

前言

第一章综述

1.1膜分离技术的进展概况

1.2膜过程中存在的重要问题-浓差极化和膜污染

1.2.1概述

1.2.2理论及模型

1.2.3蛋白质污染的研究

1.2.4实验手段

1.3减轻浓差极化和膜污染、提高膜的透过性能方法

1.3.1膜面改性法

1.3.2研究新的操作策略

1.3.3膜组件及膜系统的结构设计

1.4本论文工作的提出

第二章超滤过程中浓差极化和膜污染研究

2.1物系的结构和性质

2.2仪器参数及测试方法

2.3静态吸附和超滤实验

2.4 BSA的静态吸附

2.4.1 XPS分析的原理

2.4.2原始样品的分析

2.4.3膜面吸附的分析

2.5 Dextran和BSA超滤的浓差极化和膜污染研究

2.5.1通量-时间曲线

2.5.2电镜分析

2.5.3 XPS分析

2.6本章小结

第三章浓差极化和膜污染数学模型

3.1模型的建立

3.2模型的求解

3.3模型计算的结果与讨论

3.3.1膜面浓度及渗透通量随时间的变化

3.3.2浓差极化层厚度

3.4本章小结

第四章流动诱发振动及其对中空纤维膜过程的影响

4.1中空纤维膜的流动诱发振动

4.1.1流体诱发振动

4.1.2中空纤维膜的振动

4.2超滤实验

4.2.1超滤装置

4.2.2温度对渗透通量的影响

4.3流动诱发振动对中空纤维膜性能的影响

4.3.1实验

4.3.2结果与讨论

4.4本章小结

第五章流动不稳定性对中空纤维膜组件性能的影响

5.1螺旋管式中空纤维膜组件的渗透通量和阻力

5.1.1螺旋管内流体流动特征及其应用

5.1.2螺旋管式中空纤维组件与普通中空纤维组件的渗透通量

5.1.3螺旋管式中空纤维组件与普通中空纤维组件的流动阻力

5.2弯曲管道产生的流动不稳定性及其延续

5.3膜组件进口处流动不稳定性对膜性能的影响

5.4本章小结

第六章气液两相流操作对膜渗透通量的影响

6.1气液两相流超滤实验

6.1.1实验装置

6.1.2实验过程

6.2实验结果与讨论

6.3气液两相流操作中膜面污染的电镜和XPS测试

6.4本章小结

第七章气液两相流促进膜过程传质分析

7.1两相流流型的判定

7.2气液两相流对膜外传递的促进作用

7.3气液两相流对膜内传递的促进作用

7.4气液两相流操作对膜过程阻力降低率的计算

7.5本章小结

第八章结论

参考文献

符号说明

附录

致谢

作者在博士生期间发表论文和参与科研项目