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膜接触器:工业生产界的新宠儿,解决传统吸收塔诸多问题

更新时间:2024-06-17 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

在实际生产的传质过程中,传统的吸收塔不仅耗材、吸收率低、浪费能源,而且对环境污染严重,可控性差。因此,新兴的膜接触器成为工业生产行业的新宠。膜接触器作为一种新型的吸收设备,具有材料成本低、吸收效率高、节能、不污染环境等非常显著的优势。同时,也不易引发危险,安全性高浸润现象,易于控制。Hck物理好资源网(原物理ok网)

正常情况下,疏水膜不会被纯水润湿。但加入表面活性剂后,水溶液的表面张力降低,使溶液能够润湿疏水膜。为了保持高效的传质,我们必须尽量减少吸收液对疏水微孔膜的润湿。Hck物理好资源网(原物理ok网)

本实验内容为:将聚偏氟乙烯(PVDF)平板膜、聚丙烯(PP)平板膜、聚四氟乙烯(PTFE)平板膜浸渍在不同温度、浓度、压力的二乙醇胺(DEA)和甘氨酸钾(PG)溶液中,通过高精度电子天平记录疏水微孔膜的质量变化来指示溶液对疏水微孔膜的浸润程度。在数据处理阶段引入一个新的量——膜增重率,来表示单位时间内单位面积疏水微孔膜被溶液浸润的百分率,并绘制出膜增重率随时间变化的曲线,这样就可以直观的指示出溶液对疏水微孔膜的浸润速率和不同类型疏水微孔膜的不同浸润程度。 通过改变实验操作条件,如温度、溶液浓度、膜类型以及无机盐的添加量等,观察这些因素对膜浸润过程的影响。另外,我们在前期实验的基础上,对单面浸润实验装置进行了改造,在疏水性微孔膜上方增加了密封装置,并在装置上方安装了排气管和压力测量装置。这一装置的使用一方面可以使测量结果更加准确;另一方面,这样的装置可以满足后续改变压力的控制实验。通过改变压力来测量膜增重率的变化的实验,是前期研究者尚未进行过尝试的。Hck物理好资源网(原物理ok网)

本实验结果表明,PG溶液和DEA溶液均能自发地浸润PVDF平板膜。通过溶质分子的吸附实现浸润。PG溶液和DEA溶液均改变了膜的表面结构,使得膜孔中大孔径变大,小孔径变小。溶液浓度和温度的升高促进浸润。膜上方的气压会改变气相阻力,气相阻力低会促进浸润。浸润膜中氧气的分布会发生变化。证实了溶质分子在膜孔中的扩散引起溶液在膜孔中的扩散。无机盐增加了溶液的表面张力。这使浸润过程变得更加困难。也可能是无机盐NaCl离子在疏水膜表面的吸附阻碍了溶质分子在膜孔中的扩散,阻碍了溶液向疏水膜的浸润。Hck物理好资源网(原物理ok网)

浸润现象Hck物理好资源网(原物理ok网)

古往今来,回顾人类发展史,伟大的技术革新总是在不经意间发生。自工业革命以来,人类的好奇心和探索新事物的能力从未减弱。作为社会发展车轮的驱动力和执行者,化工行业的发展自始至终在整个工业发展过程中发挥着不可替代的作用。与此同时,在“夕阳产业”的谴责声中,化工行业并没有停下发展创新的步伐,而是顺应时代车轮,不屈不挠地向前迈进。Hck物理好资源网(原物理ok网)

在满足人们基本需求的同时,化学工业也在不同的分支领域进行着大胆、积极的创新实践。其中,在实际生产过程中,传质分离已成为化学工程的核心技术,也是化学工业未来生产取得进步的关键一步。目前,对于气液两相传质接触过程,膜技术已成为整个生产过程中不可或缺、不可替代的一部分。自二十世纪中叶以来浸润现象,膜技术首次应用于工业生产,并取得了良好的实际效果,大大提高了生产效率。同时,膜技术的不断发展也推动了整个化学工业的进步,成为整个化学工业乃至整个社会科技发展的龙头。随着现代膜技术的发展,膜技术产生了许多下属分支。其中,膜分离技术由于其相对于其他分离方法的明显优势,受到现代化学工程师的青睐,成为当代工业的主流分离技术,并在实践中得到了广泛的应用。Hck物理好资源网(原物理ok网)

在膜分离技术中,传质阻力会大大降低膜分离效率,因此我们需要尽量降低传质阻力。溶液进入膜孔引起的膜渗透现象,增加了传质阻力,大大降低了传质通量,降低了传质效率,不利于我们实际的生产过程。同时,膜渗透除了降低生产效率,浪费燃料和人力外,带来的不利影响还包括膜使用寿命的损失,这无疑会增加生产原料的消耗,无形中增加了生产成本。考虑到这两个不利因素,人们开始研究膜渗透的成因及其影响因素,这无疑可以帮助我们减少渗透现象带来的危害,也方便我们在操作过程中寻找最佳条件,以及如何调试以达到经济和环境的最优化。但同时,由于整个膜渗透的动力学模型还不够完善,我们需要通过实验来推动机理模型的完善。Hck物理好资源网(原物理ok网)

浸润现象Hck物理好资源网(原物理ok网)

目前对膜润湿过程的研究已经很完整,但对其影响因素和定量表达的研究还不够完善。本文旨在加入除温度和吸收剂浓度-压力之外的外界条件,探究疏水性膜上方压力变化对膜润湿的影响,使影响膜润湿的因素研究得更加完整,将更多的降低膜润湿的方法应用到实际生产中。Hck物理好资源网(原物理ok网)

1.2 膜润湿 1.2.1 膜润湿原因研究Hck物理好资源网(原物理ok网)

膜接触器传质过程中,传质阻力由膜阻力(1/km)、气相边界层阻力(1/kG)和液相边界层阻力(1/kL)三部分组成[1]。若以总气相传质阻力(1/KOG)为基准,则总传质阻力可表示为Hck物理好资源网(原物理ok网)

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