中空纤维膜萃取器的传质性能及强化

综述了中空纤维膜萃取器的传质性能及强化的研究现状。详细论述了包括壳程,膜内和管程的传质特性以及膜萃取的传质强化方法。     

溶胀对中空纤维膜萃取器传质性能的影响

由于溶剂对中空纤维膜的溶胀，使得溶胀对传质性能产生一定的影响。以３％ＴＢＰ（煤油）－苯酚－水为实验体系，在聚砜中空纤维膜器中系统地研究了溶胀性对总传质系数、中空纤维膜厚度、内径以及壳程流动状况的影响。结果表明，中空纤维膜在溶剂作用下发生溶胀后其膜厚度和内径并未发生明显的变化，而中容纤维膜的长度会因此增大。由于溶胀的影响，造成中空纤维膜器壳程溶剂的流动偏离柱塞流模型，从而使计算值与实测值有一定偏差。     

中空纤维封闭液膜技术的传质强化研究

以３０％ＴＢＰ（灶油）为萃取剂，ＮａＯＨ水溶液为反萃剂，对聚砜中空纤维封闭液膜萃取苯酚的传质性能进行了实验研究，并在膜器的壳程鼓入空气以期强化过程传质性能，研究结果表明，在中空封闭液膜萃取过程中总传质系数与料液相流速的１／３次方成正比，因为反应速度很快反萃相的传质阻力可以忽略，在鼓入空气的情况下，总传质系数较无气泡鼓入时明显增大，总传质系数仍与料液相流速的１／３次方成正比，而与反萃相的流速基本无关     

单束中空纤维膜器中膜萃取研究

本文以50%TBP—苯酚—水和50%TBP—醋酸—水为实验体系,在单束中空纤维膜器中研究了膜萃取过程的传质特性,并集中探讨了膜材料浸润性能对传质速率的影响。研究结果表明,疏水膜器适用于相平衡分配系数m>>1的体系,亲水膜器则适用于m<<1的体系。本文提出的单束中空纤维膜器的实验方法用于膜萃取研究简单易行,尤其适用于开发新的膜材料。     

利用螺旋管技术提高中空纤维膜传质性能

在对中空纤维膜萃取以及螺旋管技术进行充分调研的基础,选择水－苯酚－30％（质量分数）TBP煤油为实验体系,传质方向为水相到有机相,在内径为1.1mm的直管中空纤维膜和螺旋状中空纤维膜中,研究了管内外流速以及螺旋特征等因素对传质系数的影响,实验结果表明,用螺旋管中空纤维膜可以有效地提高空纤维膜的传质特性,在螺旋内径为6mm,螺距为2cm的时候,总传质系数可以是相同条件下直管传质系数的1－2倍。     

膜萃取过程的传质特性研究

本文以100%磷酸三丁酯(TBP)——对硝基苯酚——水为实验体系,在中空纤维膜器中研究了膜草取过程的传质特性。研究结果表明,TBP 萃取对硝基苯酚的膜过程基本上不存在膜阻,其速度控制步骤在于水相的传质。如果选用对溶质更易溶解的一相浸润的材料制备中空纤维,膜萃取过程的膜阻将会减至最小,从而可获得最大的膜萃取总传质系数。     

缠绕式中空纤维膜组件强化膜两侧传质过程

对缠绕式中空纤维膜组件强化管程及壳程的传质过程进行了实验研究,比较了缠绕式与平直式中空纤维膜组件的传质性能,并考察缠绕角对缠绕式膜组件传质系数的影响.结果表明:相同雷诺数Re时,缠绕式膜组件的传质系数,无论管程或壳程,均为平直式膜组件的2倍以上;缠绕角对缠绕式膜组件的传质性能有重要影响,缠绕角小于45°膜组件的传质效果优于缠绕角大于45°的膜组件.     

中空纤维膜接触器壳程添加筛网强化传质性能的研究

对中空纤维膜接触器组件壳程中添加筛网强化传质过程进行研究,考察了在不同装填分率、添加不同数目筛网情况下膜组件的流体力学性能及传质性能,并比较传质增幅与压降增幅之间关系.结果表明,添加筛网使壳程流体的非理想湍动减弱,传质性能增强,在研究范围内添加1、2及3个筛网的传质增幅分别达17.6％、33％和44％.添加1、2个筛网时传质增幅高于压降增幅,而添加3个筛网时传质增幅低于压降增幅.     

中空纤维膜萃取器的分离效率

本文以不同体积浓度的TBP(煤油)—苯酚—水为实验体糸,研究了中空纤维膜萃取器的分离效率。结果表明,由于体系的萃取相平衡常数m值很高,过程的膜阻得到有效的控制,其分离效率相当可观。本文还计算比较了中空纤维膜萃取器和填料萃取柱的工况。中空纤维膜萃取器提供了巨大的传质比表面积,其HTU值很低,一般与填料萃取柱的研究中报道的最低限值相当。     

中空纤维膜无泡供氧过程的传质性能研究

使用中空纤维膜向液相系统中供氧时，无肉眼可见的气泡产生．与传统的泡式供氧相比，这种新颖的膜式无泡供氧具有传氧效率高、无泡沫产生和能耗低等优点，特别适宜应用于发酵、活性污泥废水处理和动物细胞培养等生物反应和人工控制的生命过程中．本文对中空纤维膜无泡供氧过程的传质机理、传质阻力、传质方程和影响传质系数的操作参数等传质性能进行深入探讨，并提出了“边界层压缩”模型，以解释在无泡供养中传质系数随压力变化的原因．     

透析器中随机分布纤维管表面定浓度时传质模拟

通过数值模拟,研究了在透析器外壳内壁面的影响下,纤维表面定浓度时,中空纤维分布的随机性对透析器管外流场和浓度场的影响,同时考察了管外流体速度以及中空纤维填充密度对管外传质系数的影响.模拟结果表明:随机排布的方式对传质系数有较大的影响,但相比忽略壁面影响时的影响要小;Reynolds 数越大,传质系数也越大;在所研究的中空纤维填充密度范围内(10%～50%),随着填充密度的增大,透析器的管外传质系数先增大,后减小,变化幅度均较小,与忽略壁面影响的值比较发现,在填充密度小的时候壁面对传质有促进作用,填充密度大的时候则相反.     

中空纤维透析膜的模拟传质实验与理论模型分析

根据质量守恒定律和双膜理论建立了一个中空纤维透析膜理论传质模型,使用中小分子代表物质对三种常用膜材料进行模拟实验测试,并使用该传质模型计算总传质系数和纤维膜的扩散系数,分析纤维膜传质性能与纤维膜材料/结构特性之间的相互关系,为中空纤维膜制备过程中的材料选择、结构优化设计等提出了参考性建议.     

U型中空纤维膜水力特性的模型分析

依据水力学原理，建立了竖立式U型中空纤维膜出水量及内压的数学模型，对其结果的理论分析表明：在相同的水头作用下，纤维膜流量随距出水口距离的减小而呈比例增加，但在出水水头较高时，增加的速率要大于出水水头较低时增加的速率；类似地，在纤维内部的不同位置，流量随出水作用水头的增加而增大的速率也是不同的，离纤维出口越近，这种速率的增加就越快，越明显．因此，要想增大出水流量，应尽量提高出水的作用水头，另外还可以在一定范围内增加纤维的长度；纤维内压随距出水口距离的减小而迅速减小，曲线呈类抛物线的形状；离出水口越远，纤维内压随出水水头的增大而增加的速率越大；流量与内压成直线关系，纤维内部距出水口越近，内压随流量增加而增加的梯度越小；由于液体黏度的影响，温度升高，流量增大；但温度越高，流量的增加梯度越小。