纤维膜萃取分离器内两相流动、传质特性的研究——液体黏度的影响

纤维膜萃取分离器是一种新型高效传质设备。今以苯甲酸水溶液-煤油为传质体系,在一直径70mm,高2630mm的有机玻璃纤维液膜萃取分离器冷态实验装置上,考察了纤维丝填充密度1.89%～5.08%,运动黏性系数0.942～1.138mm2·s-1,水油体积流量比3～6的操作区间内,考察了原料液黏度对纤维膜分离器内两相流动、传质性能的影响。结果表明,在几种填充密度和水油比条件下,随着黏度的增加,流体停留时间延长,两相接触、混合得更均匀;传质系数呈现先增大后减小的趋势;最佳传质工况(即体积传质系数达到最大值)与原料液黏度和纤维丝填充密度密切相关。根据实验结果,给出了用于计算流体在萃取分离器内停留时间以及两相混合均匀性指数的关联式。     

超重力旋转填充床氧解吸过程的数值模拟

基于旋转填充床流体流动的可视化结果,建立了超重力旋转填充床气液传质过程的数学模型,模拟氮气解吸水中溶解氧的传质过程。模拟结果表明,缩短液相停留时间、提高液相扩散系数都能增大液相传质分系数k_L;总体积传质系数K_La随超重力因子的增加而增大、随温度的上升而增大、随气相流率的增加略有下降、随液相流率的增加明显增大;空腔区传质贡献率随空腔区的增大而增大,随超重力因子的增大而减小;且短暂的停留时间是超重力旋转填充床对传质过程强化的本质原因。模型较好地符合文献的实验数据,误差在±16%以内。     

超重力旋转填充床氧解吸过程的数值模拟

基于旋转填充床流体流动的可视化结果,建立了超重力旋转填充床气液传质过程的数学模型,模拟氮气解吸水中溶解氧的传质过程。模拟结果表明,缩短液相停留时间、提高液相扩散系数都能增大液相传质分系数kL;总体积传质系数KLa随超重力因子的增加而增大、随温度的上升而增大、随气相流率的增加略有下降、随液相流率的增加明显增大;空腔区传质贡献率随空腔区的增大而增大,随超重力因子的增大而减小;且短暂的停留时间是超重力旋转填充床对传质过程强化的本质原因。模型较好地符合文献的实验数据,误差在±16%以内。     

填充密度对新型中空纤维膜接触器分离性能和传质的影响

采用聚丙烯中空纤维膜接触器作为新型精馏结构填料对甲醇水溶液体系进行了精馏分离过程的实验研究,探讨了填充密度对中空纤维膜接触器分离性能和过程传质的影响.结果表明,填充密度为4.7%时,接触器塔顶甲醇浓度比填充密度为9.5%时的高,且两种填充密度的膜接触器组件均可在远离常规填料液泛线以上的气速范围操作.随着气速逐步增大,传质单元高度变大,壳程气相传质系数随之变大,填充密度高的组件的气相传质系数较小.     

填充密度对中空纤维膜接触器精馏过程壳程传质的影响

探讨了填充密度对新型聚丙烯中空纤维膜接触器精馏过程中壳程传质的影响。中空纤维膜接触器在填充密度为4.7%、9.5%、19%时均可在远离常规填料液泛线以上的气速范围操作。低填充密度下,壳程的Sherwood数理论值大于实验值,但填充密度较高时,实验值大于理论值。高Reynolds数有利于壳程传质,低填充密度时的Sherwood数高于高填充密度时。随着F因子逐步增大,壳程气相传质阻力随之变小,且膜接触器的填充密度越高,气相传质阻力越大。3种不同填充密度膜接触器的气相总传质系数随着接触器填充密度的增大而迅速减小,由391.84×10^-5 m·s^-1降低为83.28×10^-5 m·s^-1。     

超声波气升式内环流反应器传质性能的实验研究

研究了超声波对气升式内循环反应器传质性能的促进作用,重点考察比较了牛顿型流体和非牛顿型流体 有、无超声波时气升式反应器的传质性能及气速、液体粘度、超声功率对总体积传质系数KLa的影响。实验证明， 无论是牛顿型流体还是非牛顿型流体，气速越小，超声功率对总体积传质系数KLa的相对影响越大；随着气速的 增大，这种影响逐渐减小，当气速增大到0.0615m·s-1时，超声波对总体积传质系数KLa的相对影响已较微弱。气 速增加，牛顿型流体和非牛顿型流体的KLa均增加，但牛顿型流体增加的幅度比非牛顿型流体要大。粘度增加，KLa 减小。气速、粘度、超声功率对KLa的影响分别是气速大于粘度大于超声功率。提出了相应的KLa经验关联式，并作了 讨论。     

中空纤维管随机分布时透析器内的管外传质

利用Matlab软件计算了中空纤维透析器外壳内壁面(简称壁面)影响下,中空纤维随机分布、管外流场充分发展、纤维表面定质量流量时的管外流场分布,进而求得了不同填充密度下透析器的管外传质系数. 结果表明,中空纤维的排布方式对传质系数有很大的影响;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变大,后变小;其随机性整体上逐渐减小.     

毛细管中泰勒流液侧传质特性及其强化机理的CFD模拟

采用计算流体力学（CFD）的方法,研究了圆管中泰勒流的液侧传质特性,分析了泰勒气泡上局部传质特性,并研究了气泡上升速度、液膜长度和液栓长度对液膜处和气泡半球帽处平均传质系数的影响。结果表明,泰勒气泡表面局部传质系数存在3个峰值,液膜处的平均传质系数随气泡上升速度增大显著增大,随液膜长度增大而减小,而半球帽处的平均传质系数随气泡速度和液膜长度的增大变化较小,即膜接触时间增加时,液膜处的传质系数降低,而半球帽处传质系数变化较小。另外,引入场协同原则对单元胞内速度场和浓度场进行分析,解释了局部传质特性及强化机理。最后,给出了分别预测短和长膜接触时间下泰勒流液侧体积传质系数的关联式,该式在较宽的管径尺度范围（0.25～3 mm）内的预测误差在±20%以内。     

结构化多相反应器内泰勒流的液侧传质特性

采用定态溶氧法,实验测定了结构化反应器内的液侧体积传质系数.考察了表观气、液速度对液侧体积传质系数的影响,比较了三种不同孔密度的结构化载体(50、100和400 cpsi)内的液侧体积传质系数.结果表明,在实验的操作条件下,床层内的液侧体积传质系数随液体表观速度增大而增大:同-液速下,随气体表观速度增大亦增大.比较不同...     

四效逆流蒸发结晶系统分布器的研究

本文对四效逆流强制内循环蒸发结晶系统分布器孔径大小与压降的关系、分布器孔径大小与传质的关系进行了研究,得出了分布器孔径越小,其压降越大,当小到一定程度时,分布器会被流体顶翻移位;分布器孔径越大,液体中各相间传质系数越小,晶体生长速率越慢的结论。提出了最佳分布器孔径应综合以上两方面的影响予以确定,即当晶体传质系数较大,压降较低时,分布器的孔径为最佳值。     

中空纤维PVA/PAN复合膜填料的乙醇水溶液精馏性能

以乙醇/水溶液为分离对象,中空纤维PVA/PAN复合膜作为精馏填料,考察了不同膜组件的传质分离效率。实验结果表明:各种组件的分离效率均随塔釜加热功率的增加而减小;和大多数中空纤维膜接触器一样,其总传质系数Ky随中空纤维膜组件填充密度φ的增加而减少;相比于传统精馏填料而言,用中空纤维膜做精馏填料分离乙醇水溶液的分离效果更好,可以在常规填料不能操作的液泛线以上进行操作。当塔釜加热功率为120 W,45根中空纤维膜封装在内径为1.6 cm玻璃管中的传质单元高度(HTU)为5.64 cm。     

膜曝气-吸收耦合式海水烟气脱硫过程

利用聚丙烯中空纤维双层曝气式膜接触器,对膜曝气-膜吸收耦合式海水烟气脱硫过程开展实验研究,考察了烟气流量、海水流量、海水pH以及曝气量等因素对烟气脱硫参数的影响。结果表明,曝气式膜吸收过程具有更高的脱硫效率和传质性能,相较于非曝气过程,SO₂吸收率可提高12.4%。提高烟气流量,使SO₂吸收率降低,总传质系数先增大再减小;提高吸收剂流量、pH和曝气量,SO₂吸收率和总传质系数均会提高,海水pH较高条件下加入曝气更能有效加强吸收效果;烟气中SO₂的吸收通量均随海水pH和曝气量的增加而增加。扫描电镜及接触角测量显示在使用一个月后的膜丝仍具有较高的疏水性能和使用性能。     

中空纤维支撑液膜萃取Cu(II)的传递性能

The transport of Cu(II) from aqueous solutions containing buffer media through hollow fiber supported liquid membrane (HFSLM) using di(2-ethylhexyl) phosphoric acid (D2EHPA) dissolved in kerosene as membrane phase and hydrochloric acid as striping phase was investigated. A set of factors were studied, including tube side velocity, shell side velocity, pH of the feed phase, Cu(II) concentration in the feed phase, buffer media concentration and D2EHPA concentration in the membrane phase. Experimental results indicate that the mass transfer coefficient increases with increasing both carrier concentration in the organic phase and flow rates on the tube side and shell side, and decreases with increasing initial Cu(II) concentration in the feed phase. With increasing pH value and acetate concentration in the feed phase, the mass transfer coefficient reaches a maximum value then decreases. The optimal operating conditions are obtained at pH value of 4.44 and 0.1 mol&;#8226;L－1 acetic ion concentration in feed phase, and carrier volume fraction of around 10% in kerosene as organic phase. A mathematical model of the transport mechanism through HFSLM is devel-oped. The modeled results agree well with the experimental ones.     

溶胀对中空纤维膜萃取器中的流动和传质性能的影响

溶胀是中空纤维膜萃取工业化必须要解决的关键问题之一。本文通过拍摄电镜照片，观察了溶胀前后中空纤维膜表面形态，孔隙率，膜孔径，膜孔道弯曲状况等微观结构的变化。结果表明，溶胀会使中空纤维膜孔隙率减小，膜孔径变小，弯曲因子增大，通过测量发现，溶胀后膜长度增加，而膜的内外径，膜厚基本不变。本文还研究了溶胀时间对中空纤维膜器中的流动及传质效果的影响，通过测量聚丙烯和聚砜中空纤维膜器管程和壳程的停留时间分布曲线表明，对于装填密度较高的膜器，溶胀时间对壳程和管程中的流动状况的影响可以忽略。此外，本文以正辛醇－苯胺－水为实验体系，在中空纤维膜器中进行了循环逆流传质实验。实验证明，由于溶胀使纤维膜阻增加，膜器的传质性能随时间的增加而下降。     

大型液相色谱分离过程参数辨识新方法

本文提出大型液相色谱分离过程流体轴向扩散系数、吸附相平衡常数和总传质系数参数辨识模型,用惰性物为示踪剂扰动应答实验技术和色谱测量技术测定参数。结果表明:在轴向扩散中,涡流扩散占主导地位;轴向扩散系数随流体流速以及装填密度的增大而增大;相平衡常数比总传质系数有较高灵敏度;葡萄糖果糖的相平衡常数随温度的升高而降低,而总传质系数随流体流速和温度的增大而增大;得到理论流出曲线与实验流出曲线一致的结果。     

随机填充中空纤维膜组件中非稳态渗透传质数学模型

Based on the membrane-based absorption experiment of CO2 into water, shell-side flow distribution and mass transfer in a randomly packed hollow fiber module have been analyzed using subchannel model and unsteady penetration mass transfer theory. The cross section of module is subdivided into many small cells which contains only one hollow-fiber. The cross sectional area distribution of these cells is presented by the normal probability density distribution function. It has been obtained that there was a most serious non-ideal flow in shell side at moderate mean packing density, and the large amount of fluid flowed and transferred mass through a small number of large voids. Thus mass transfer process is dominated by the fluid through the larger void area. The mass transfer process in each cell is described by the unsteady penetration theory. The overall mass transfer coefficient equals to the probability addition of the mean mass transfer coefficient in each cell. The comparisons of the values calculated by the model established with the empirical correlations and the experimental data of this work have been done.The predicted overall mass transfer coefficients are in good agreement with experimental data.     

Mass transfer characteristics of cadmium(II) extraction in hollow fiber modules

Using di-(2-ethylhexyl) phosphoric acid (D2EPHA)/cadmium ion/water as an experimental system, the mass transfer characteristics in hollow fiber modules (HFMs) were studied by Voronoi tessellation method based on normal distribution function, in which the standard variance could be correlative with the packing irregularity of fibers. The theoretical results showed that not only the packing density but also the packing irregularity significantly influenced the mass transfer characteristics in HFMs. For modules with the same densities, the different packing irregularity led to different mass transfer efficiency. The efficiency of modules with moderate packing density was the lowest because of their most serious packing irregularity. Compared with the exponent distribution function used in previous studies, the normal distribution function can determine the effect of packing irregularity on mass transfer performance accurately. The experimental results also showed a high extraction efficiency of cadmium ion from the wastewater by HFMs.     

中空纤维更新液膜传质性能的研究

研究了中空纤维更新液膜(HFRLM)技术的传质性能.以CuCl2水溶液-10%P204 煤油-盐酸为实验体系,研究结果表明,中空纤维更新液膜技术可以实现同级萃取-反萃,且总传质系数随料液相流速的增大而增大,在实验条件下,总传质系数受反萃相流速的影响较小.实验研究探讨了混合方式(料液与萃取剂混合和反萃剂与萃取剂混合)和体系分配系数对传质性能的影响.实验结果表明,由于相间分配系数的不同,总传质系数受混合方式的影响较大,以分配系数较大的一相与萃取相混合流经管程的方式对传质过程有利.