膜分離過程中的強(qiáng)化傳質(zhì)研究進(jìn)展

膜分離過程中的強(qiáng)化傳質(zhì)

研究進(jìn)展劉元法賀高紅*滲透通量的衰減滲透通量隨時(shí)間的衰減曲線滲透通量時(shí)間通量衰減的原因RgRmRaRpRcp多孔膜原料各種阻力Rp：堵孔R(shí)a：吸附Rm：膜Rg：凝膠層Rcp：濃差極化滲透通量表達(dá)式滲透通量=推動(dòng)力/（粘度×總阻力）濃差極化濃差極化示意圖邊界層主體溶液滲透流股膜0δ

x慢組份快組份傳質(zhì)推動(dòng)力通量衰減的主要原因之一濃差極化的數(shù)學(xué)模型凝膠層模型滲透壓模型邊界層阻力模型凝膠層模型濃差極化和凝膠形成滲透壓模型

邊界層阻力模型

邊界層阻力示意圖

膜污染及數(shù)學(xué)模型通量時(shí)間濃差極化膜污染通量隨時(shí)間變化的趨勢(shì)濾餅?zāi)Ｐ屯克p的主要原因之二濃差極化和膜污染的危害形成沉積層或凝膠層，增加傳質(zhì)阻力引起滲透壓增大，從而減小傳質(zhì)推動(dòng)力膜滲透通量的降低膜分離性能的下降

原料液預(yù)處理

預(yù)過濾

熱處理

pH值調(diào)節(jié)

加配合劑

活性碳吸附

加穩(wěn)定劑

膜的改性

親水膜

荷電膜

膜清洗

反洗

化學(xué)清洗

機(jī)械清洗

電清洗減少膜污染的方法

TurbulentflowInstabilitiesInsertsVorticesPulsationRoughsurfaceChemicalmethodsHydrodynamicmethodsPhysicalmethodsCouetteflowFlowinacurvedchannel(Taylor)(Dean)Typicalmethodstoreduceconcentrationpolarization強(qiáng)化傳質(zhì)的研究熱點(diǎn)

湍流強(qiáng)化器

脈動(dòng)流動(dòng)(Pulsatile-flow)

振蕩流(Oscillatory-flow)

復(fù)合湍動(dòng)方式

Dean旋渦法

Taylor旋渦法

兩相流改變膜表面流體流動(dòng)狀態(tài)

強(qiáng)化效果比較強(qiáng)化方式強(qiáng)化系數(shù)脈動(dòng)流1.6膜面上設(shè)置湍流強(qiáng)化器

2.5

復(fù)合湍動(dòng)3.3Taylor旋渦3.5-7Dean旋渦6膜管內(nèi)放置湍流強(qiáng)化器7.5凹凸不平的粗糙膜表面9湍流強(qiáng)化器管式膜湍流強(qiáng)化器平板膜湍流強(qiáng)化器Improvementcomparison

—Limitingflux

Limitingfluxofconventionalsystem

LimitingfluxofbaffledsystemFluxenhancementis71~127%

Improvementcomparison

—Longtermflux/steadystateflux

Steadystatefluxofconventionalsystem

Steadystatefluxofbaffledsystem

Fluxenhancementis93%Dean旋渦法流體在流經(jīng)彎曲流道時(shí)，由于離心力作用流體元將沿徑向向外流動(dòng)，為了保持流體流動(dòng)連續(xù)性，同樣數(shù)量的流體會(huì)由相反方向流過來。當(dāng)流速達(dá)到一定值，這種二次流得到強(qiáng)化，彎曲流道中會(huì)出現(xiàn)有規(guī)則分布的成對(duì)反向旋渦，產(chǎn)生流體不穩(wěn)定性。Dean旋渦法氣液兩相流強(qiáng)化傳質(zhì)垂直管中的流型水平管中的流型PetrMikulBSek*,Desalination146(2002)103-109兩相流強(qiáng)化傳質(zhì)Thegas-liquidtwophaseflowisabletomaintainthepermeatefluxat

aconstantandhighlevelduringtheentireexperimentrun.Thelargestenhancementinfluxisslugflow.

Applicationofslugflowpatternisagoodcompromisebetweenthefluxenhancementandtheairconsumption.

層流流動(dòng)時(shí)，兩相流強(qiáng)化效果明顯，滲透通量可達(dá)到320%。

湍流流動(dòng)時(shí)，兩相流強(qiáng)化效果不顯著。Z.F.Cui,JournalofMembraneScience117(1996)109-116“Gassparging”兩相流強(qiáng)化傳質(zhì)P.Posp′??il,ChemicalEngineeringJournal97(2004)257–263兩相流強(qiáng)化傳質(zhì)操作條件：氣速2.0m/s液體表觀速度1.0m/s操作壓力100kPa滲透通量最大可提高90%

強(qiáng)化傳質(zhì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1、滲透通量強(qiáng)化系數(shù)式中，JTP為有強(qiáng)化器時(shí)的滲透通量，JNTP為沒有強(qiáng)化器時(shí)的滲透通量。強(qiáng)化傳質(zhì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2、能耗增加系數(shù)式中，W為有強(qiáng)化器時(shí)的能耗，W0為沒有強(qiáng)化器時(shí)的能耗。強(qiáng)化傳質(zhì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3、單位體積滲透液所需要的能耗E（W.h/L或kW.h/m3）Q