中空纤维膜基吸收法脱除空气中二氧化碳的研究

以醇胺类水溶液作为吸收剂，采用聚丙烯中空纤维膜组件进行膜基气体吸收脱除空气中CO2的研究。实验 结果表明，在吸收液浓度为2.0mol·L-1，气速小于0.30m·s-1，吸收液流速小于0.01m·s-1的条件下，其吸收CO2的 总传质系数约为0.03～0.06mol·m-2·min-1·(mol·L-1)-1。研究建立了估算吸收总传质系数的数学模型，模型计算 曲线与实验数据曲线基本一致，可用于膜基气体吸收法脱除CO2过程的放大设计。     

中空纤维致密膜基吸收CO2传质机理分析

研究了硅橡胶/聚砜中空纤维致密膜基吸收CO2的传质机理,考察了吸收剂种类(NaOH、MEA、DEA、TEA)、NaOH浓度、吸收剂流速、吸收剂压力和气相压力对CO2传质系数的影响,并采用数学模型对实验结果进行了分析.其中,用2×103 mol·m-3NaOH溶液作吸收剂时,聚合物膜传质为控制步骤,总传质系数与CO2在膜中的传质系数相近,且实验过程中无漏液、鼓泡等现象发生.     

旋转填充床中伴有可逆反应的气液传质

应用CO2-MDEA气液吸收体系,对旋转填充床中伴有可逆反应的气液传质过程进行了定量的模型研究。在所有反应都可逆的情况下,根据Higbie渗透理论建立了旋转床中CO2-MDEA体系的扩散-反应传质模型。通过模型对传质过程的定量描述以及实验结果对模型的验证,超重力旋转床的强化作用可进一步被揭示为:由于不断更新的液膜使得可溶性气体在液膜内形成较大的浓度梯度,从而极大地增大了传质系数,强化了传质;旋转床的强化作用是在动态的传质过程中完成的,液膜的寿命越短则传质系数越大。在不同转速、温度、MDEA浓度和气液流量条件下进行了实验,本文模型的模拟值和实验结果吻合较好。     

中空纤维致密膜基吸收法在CO2脱除中的应用

以商业φ200聚酰亚胺中空纤维致密膜大组件为接触器,淡水和海水为吸收剂,进行了CO2/N2混合气中CO2的脱除实验。考察了气液相压力和流量对CO2脱除率和过程总传质系数的影响。结果显示,液相压力对膜接触器的影响不大,而加大液/气相流量比可以提高CO2的脱除效率,通过控制操作条件可使膜接触器的CO2脱除率在70%以上。实验过程中,气液两相压力可在较宽范围内独立操作,且无鼓泡和漏液现象发生。研究表明中空纤维致密膜基接触器在CO2气体分离领域具有很好的应用潜力和前景。     

膜厚度和流动状况对渗透蒸发过程的浓差极化影响

浓差极化对渗透蒸发过程的渗透速率和分离因子有一定负面影响。文中利用渗透蒸发过程中的分步阻力传质模型分析浓差极化,以含乙醇质量分数2%的乙醇/水为进料体系,观察进料流速对渗透蒸发过程中分离因子和通量的影响。分别估算了边界层阻力和膜阻力以及流速对边界层阻力的影响,并考察了膜厚度对浓差极化和分离因子的影响。     

弹状流对陶瓷膜超滤葡聚糖水溶液的影响

为降低膜污染和浓差极化需维持较高膜面流速,能耗较高。将气升式外循环引入膜过程,可有效降低浓差极化和能耗。实验考察了曝气量对渗透通量的影响,当曝气量为400 L·h^-1时,与相同液速条件下单相流错流过滤相比较,膜通量提升87%;进一步增大曝气量,膜通量增加趋势变缓。对气升式膜过滤过程的水力学特性进行了研究,在弹状流条件下,气液两相流可有效提高膜面剪切力,增强膜面传质。在较低流速下,曝气可有效降低膜污染阻力,提高膜通量。结合气液两相流理论和膜过滤阻力模型,分析了弹状流提升膜通量的机理。     

熔融盐膜法脱除航天舱中CO2传质模型

基于电化学理论、膜分离与传质理论，采用非平衡态热力学，建立了熔融盐(43．5％ Li2CO2 25％K2CO3 31.5?Na2CO3)(mol.?膜法脱除C02数学模型。首先，根据熔盐体系离子的Hittorf迁移数、比电导、扩散系数等独立实验参数，计算得到体系的Onsager系数和模型参数，然后用计算机求得该模型的数值解。解的结果表明：影响CO2传质通量的因素主要有电流密度及C02在膜两侧的浓度差。在低电流密度下，浓差推动力起主导作用：在较高电流密度下，膜两侧浓差推动力对C02传质影响甚微，电流密度对C02的传质则起着决定性作用。为了进一步验证数学模型，在823K及常压条件下，模拟航天舱中的气体成分，进行了熔融盐膜法脱除CO2的实验研究。实验结果与模型理论解吻合较好。     

孔隙率对膜吸收过程影响的实验研究

采用纯CO2-去离子水和0.1 mol·L-1NaOH溶液为实验体系,选用8种具有不同微观结构的板式膜,研究了膜厚度、孔隙率,微孔形态等对膜吸收过程中传质性能的影响.结果表明,不同的微孔形态(拉伸孔、柱状孔)以及所用膜的厚度对膜吸收过程传质性能的影响较小,在吸收速率较快时孔隙率会影响膜吸收过程的传质性能.同时,还对溶质在液相侧表面的传质行为进行了探讨,结果表明膜孔隙率对膜吸收过程的传质性能的影响与流动状态、反应体系、微孔间距等多因素有关.     

二乙醇胺溶液吸收CO2过程

运用双膜理论对气液两相传质进行分析,针对二乙醇胺溶液吸收CO2建立数学模型,该模型精确描述CO2传质速率对溶液pH值依赖程度及速率强化因子随化学反应进行的变化情况. 从每种含碳离子(包括CO32-, HCO3-与RNHCOO-)在不同反应阶段的浓度分布角度分析了各自对总传质速率的影响规律,实验中分别控制溶液浓度、进气流量和复合溶液配比等工艺参数. 结果表明,CO2传质速率主要受CO32-与HCO3-控制,而RNHCOO-的作用有限. 吸收液浓度提高促进传质,但当pH值降至8.2后其作用减弱;传质速率随进气流量升高而加快,70 mL/min后趋于稳定;复配溶液较单一溶液对CO2吸收速率和吸收量均有促进作用,但复配比例变化对离子贡献率影响微弱.     

低温甲醇洗在合成气净化工艺中的应用研究

本文重点分析了低温甲醇洗技术的吸收机理和气提、精馏的工艺原理。利用甲醇在低温、高压的条件下对粗甲醇合成气中SO2、H2S、COS等酸性气体较高的溶解度,而对H2、CO、N2等有效成分较低的溶解度的定向选择性,通过气提改变气体分压和多次气液传质的操作实现对粗甲醇合成气中SO2、H2S、COS等杂质气体的脱除。酸性气体脱除后,吸收了CO2、H2S及COS的富甲醇还可通过减压、闪蒸及气提等工艺进行再生,该过程实现冷量回收,节约能源。     

聚四氟乙烯膜气体吸收数学模型和孔隙率的影响

膜吸收是将膜分离与传统的吸收技术相结合的一种新型分离技术。在这些过程中经常使用多孔膜,多孔膜对过程的传质性能有一定的影响。对不同孔隙率的微孔聚四氟乙烯(PTFE)疏水性平板膜的膜气体吸收过程中液相传质性能进行了实验研究。当采用去离子水-CO2吸收体系时,多孔膜的孔隙率对液相传质性能没有影响;当采用NaOH水溶液-CO2吸收体系时,多孔膜的孔隙率对液相传质性能有明显的影响。在相同流速下,孔隙率大的膜液相传质系数高于孔隙率小的膜。以双膜理论为指导,建立了多孔膜气体吸收过程中液相传质模型。用该模型描述多孔膜孔隙率对液相传质系数的影响,其结果与实验数据具有良好的一致性。     

有机相的加入对气液体系流动及传质特性的影响

以难溶气体的吸收作为研究的基本过程，纯CO2为气体溶质，0.5MK2CO3／0.5MKHCO3为连续相，异戊醇、苯、正己烷分别作为有机相，探索有机相对气液传质的增强作用，实验探求从不同有机相以不同油分率、表观气速对三相传质系数、增强因子等的影响。     

第二液相对气液二相体系传质的影响

以CO2气体-K2CO3/KHCO3水溶液吸收过程为研究体系,用酸解法测量气体被吸收的速率,通过对比试验考察了加入第2液相(有机相)对体系传质速率的影响。经过试验研究证明,第2液相的加入对气液传质过程的影响程度与加入的物质有关,在试验条件下甲苯对体系强化作用高于异辛醇和庚烷对体系的强化作用。当第2液相加入量较小时,随加入量的增加,其对气液传质过程的促进作用增强,但当第2液相加入量较大时,这种作用则不明显。同时第2液相对传质作用的影响与流动场有关,增加流动场的搅动有助于强化气液传质作用。     

燃煤烟气中SO2对氨法脱碳的影响

利用湿壁塔实验台对燃煤烟气中SO₂对氨水溶液［1%～7%(质量）］吸收CO₂的影响进行了实验研究,具体分析了不同反应温度（20～80℃）和CO₂体积分数（5%～20%）条件下,CO₂传质通量及传质系数随SO₂浓度和SO₂负载量的变化规律。结果表明, SO₂浓度由0增至11428 mg·m^-3,CO₂传质通量及传质系数均有一半左右降幅,而SO₂负载量［0.1～0.4 mol SO₂·（mol NH₃）^-1］的增加,同样导致CO₂传质通量及传质系数明显减小。氨水浓度及反应温度增加可有效提高CO₂传质通量和传质系数,相对降低SO₂对CO₂传质的影响。CO₂浓度的增加可明显提高其传质通量,但是CO₂的传质系数有所降低。     

在搅拌器中油水乳状液的气液传质

选取CO2为气相,苯/辛烷-水乳状液为液相,通过难溶气体的吸收实验,研究了在带有气体分布器的三相混合吸收装置中分散液相对气液传质的增强作用。实验结果表明,传质增强因子随能量输入的增大而增大,且分散相形成的液滴较小时,在膜内停留时间里小液滴对气液传质有增强作用。分析了"传输机理",总结出增强气液传质的本质在于分散液相通过吸收作用改变气液界面液侧组分浓度梯度,并在此基础上提出了新的描述分散液相增强气液传质的解释。     

新型旋转填料床的气相传质特性

以CO2-NaOH体系化学吸收测定不同超重力因子、液量和气液比(体积流量比)条件下的有效传质比表面积a,在相同操作条件下,以氨-空气-水体系进行空气吹脱含氨富液测定不同超重力因子、液量和气液比条件下的气相体积传质系数kya,从而得到气相传质系数ky,对其气相传质特性进行了研究. 结果表明,a随超重力因子、液量和气液比增大而增大,kya和ky均随超重力因子和气液比增大而增大,随液量增大而减小. 通过对比可知,在相近操作条件下新型旋转填料床的气相体积传质系数比文献折流旋转填料床的提高36%. 对实验数据进行回归,拟合出a, kya和ky分别与气相雷诺数ReG、液相韦伯数WeL和伽利略数Ga之间的关联式.     

中空纤维膜气体溶剂的吸收分离过程

测定了不同条件下聚丙烯疏水性中空纤维膜组件中ＣＯ２－ＮａＯＨ体系气体溶剂吸收过程的总传质系数．建立了溶剂吸收过程总传质系数的计算模型．以此模型为基础,结合实验结果对气体溶剂吸收过程进行了分析,提出了提高总传质系数的有效方法．     

基于浓度/速度场测量的吸收过程液相传质系数

针对矩形流道内气、液流体的并流吸收传质过程,分别应用实时激光全息干涉术和激光多普勒速度仪对不同气、液流速下液相内近界面浓度分布与速度分布进行了实验观测.结果表明,边界层内浓度分布呈指数下降,流速越大梯度越陡,且速度边界层厚度要大于浓度边界层厚度.建立了通过物料衡算求算液相传质系数的方法.得到了不同条件下平均液相传质系数,并与Whiteman’s双膜理论的计算结果进行了比较.     

细菌菌液脱除H2S的工艺条件

通过Fe2(SO4)3对H2S的吸收实验,初步研究了氧化亚铁硫杆菌培养液脱除含H2S气体的工艺条件。利用单因素实验考察了不同气体流速、吸收液初始Fe3+浓度、初始pH值等条件下,吸收过程中脱硫效率的变化。实验结果表明气体流速为影响气液传质速率的主要因素,初始Fe3+浓度及初始pH值为对其影响不大。实验得到适宜的脱硫条件为：气体流速60 mL·min－1,初始[Fe3+]为10 g·L－1,初始pH值为2.0。在该条件下,氧化亚铁硫杆菌培养液脱除H2S的脱硫效率可以稳定在90％左右。     

新型旋转填料床强化气膜控制传质过程

转子结构为相互嵌套填料环的新型旋转填料床是基于强化气膜控制传质过程的新型高效传质设备,可适用于受气膜控制的吸收、精馏和低浓度工业气体的净化等过程。分别以化学吸收体系CO2-NaOH和物理吸收体系NH3-H2O测定了不同气量、液气比和超重力因子条件下的有效比表面积a和气相体积传质系数kya,并由此得到气相传质系数ky,对其传质性能进行研究。实验结果表明：a、kya和ky均随着气量、液气比和超重力因子的增大而增大。通过对比可知,新型旋转填料床的气相体积传质系数在相近操作条件下是文献逆流旋转填料床的2倍。并对实验数据进行了回归,拟合出了a、kya和ky分别与气相雷诺数ReG、液相韦伯数WeL和伽利略数Ga之间的关联式。