膜分离过程中的强化传质研究进展

膜分离过程中的强化传质

研究进展刘元法贺高红*渗透通量的衰减渗透通量随时间的衰减曲线渗透通量时间通量衰减的原因RgRmRaRpRcp多孔膜原料各种阻力Rp：堵孔Ra：吸附Rm：膜Rg：凝胶层Rcp：浓差极化渗透通量表达式渗透通量=推动力/（粘度×总阻力）浓差极化浓差极化示意图边界层主体溶液渗透流股膜0δ

x慢组份快组份传质推动力通量衰减的主要原因之一浓差极化的数学模型凝胶层模型渗透压模型边界层阻力模型凝胶层模型浓差极化和凝胶形成渗透压模型

边界层阻力模型

边界层阻力示意图

膜污染及数学模型通量时间浓差极化膜污染通量随时间变化的趋势滤饼模型通量衰减的主要原因之二浓差极化和膜污染的危害形成沉积层或凝胶层，增加传质阻力引起渗透压增大，从而减小传质推动力膜渗透通量的降低膜分离性能的下降

原料液预处理

预过滤

热处理

pH值调节

加配合剂

活性碳吸附

加稳定剂

膜的改性

亲水膜

荷电膜

膜清洗

反洗

化学清洗

机械清洗

电清洗减少膜污染的方法

TurbulentflowInstabilitiesInsertsVorticesPulsationRoughsurfaceChemicalmethodsHydrodynamicmethodsPhysicalmethodsCouetteflowFlowinacurvedchannel(Taylor)(Dean)Typicalmethodstoreduceconcentrationpolarization强化传质的研究热点

湍流强化器

脉动流动(Pulsatile-flow)

振荡流(Oscillatory-flow)

复合湍动方式

Dean旋涡法

Taylor旋涡法

两相流改变膜表面流体流动状态

强化效果比较强化方式强化系数脉动流1.6膜面上设置湍流强化器

2.5

复合湍动3.3Taylor旋涡3.5-7Dean旋涡6膜管内放置湍流强化器7.5凹凸不平的粗糙膜表面9湍流强化器管式膜湍流强化器平板膜湍流强化器Improvementcomparison

—Limitingflux

Limitingfluxofconventionalsystem

LimitingfluxofbaffledsystemFluxenhancementis71~127%

Improvementcomparison

—Longtermflux/steadystateflux

Steadystatefluxofconventionalsystem

Steadystatefluxofbaffledsystem

Fluxenhancementis93%Dean旋涡法流体在流经弯曲流道时，由于离心力作用流体元将沿径向向外流动，为了保持流体流动连续性，同样数量的流体会由相反方向流过来。当流速达到一定值，这种二次流得到强化，弯曲流道中会出现有规则分布的成对反向旋涡，产生流体不稳定性。Dean旋涡法气液两相流强化传质垂直管中的流型水平管中的流型PetrMikulBSek*,Desalination146(2002)103-109两相流强化传质Thegas-liquidtwophaseflowisabletomaintainthepermeatefluxat

aconstantandhighlevelduringtheentireexperimentrun.Thelargestenhancementinfluxisslugflow.

Applicationofslugflowpatternisagoodcompromisebetweenthefluxenhancementandtheairconsumption.

层流流动时，两相流强化效果明显，渗透通量可达到320%。

湍流流动时，两相流强化效果不显著。Z.F.Cui,JournalofMembraneScience117(1996)109-116“Gassparging”两相流强化传质P.Posp´ıšil,ChemicalEngineeringJournal97(2004)257–263两相流强化传质操作条件：气速2.0m/s液体表观速度1.0m/s操作压力100kPa渗透通量最大可提高90%

强化传质的评价标准

1、渗透通量强化系数式中，JTP为有强化器时的渗透通量，JNTP为没有强化器时的渗透通量。强化传质的评价标准

2、能耗增加系数式中，W为有强化器时的能耗，W0为没有强化器时的能耗。强化传质的评价标准

3、单位体积渗透液所需要的能耗E（W.h/L或kW.h/m3）Q