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CO_2中空纤维膜解吸过程的研究

作　者: 马雨联
导　师: 张卫东
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 膜解吸二氧化碳解吸效率解吸能耗
分类号: X701
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 77次
引　用: 2次
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内容摘要

中空纤维膜解吸过程作为一种新型的低能耗CO₂解吸工艺，结合了中空纤维膜接触器作为传质分离设备的优点以及热解吸过程的优点。中空纤维膜接触器具有巨大的传质比表面积，可以有效地提高解吸过程的传质传热效率。在中空纤维膜解吸工艺中，气、液两相分别在膜的两侧流动，不仅可以避免传统解吸设备的雾沫夹带、液泛等操作问题，并且气液两相可以独立调节，增大了解吸过程的操作弹性，可以通过分别调节气、液两相的操作条件，同时达到提高解吸效率、降低解吸能耗的目的。论文使用PP（聚丙烯）和PTFE（聚四氟乙烯）中空纤维膜接触器，研究了吸收剂种类、吸收剂浓度、解吸温度、液相流速、气相操作条件、膜材料和膜器结构参数等因素对膜解吸过程解吸效率和解吸能耗的影响，初步探索了膜解吸过程的传质机理，分析了各影响因素对膜解吸过程解吸效率和解吸能耗的作用机制。实验结果表明，增大吸收剂浓度、吸收剂中CO₂的负载量、解吸温度、以及液相流速均可以提高CO₂的解吸效率，而气相操作条件则对CO₂解吸效率影响甚微；增大吸收剂的浓度、解吸温度和液相流速，可以降低膜解吸过程中吸收剂的升温能耗；增大吸收剂浓度、气相采用低流速的正压吹扫方式、降低解吸温度可以降低解吸过程中水的蒸发能耗，而液相流速对水的蒸发能耗影响较小。论文研究表明，在液相流速为227.46cm·min^-1，气相采用14.0cm·s^-1°的正压吹扫方式，解吸温度为90C的较优操作条件下，使用PP中空纤维膜接触器对5.0mol·L^-1的MDEA饱和溶液进行循环解吸，解吸开始的前20分钟内，解吸率迅速增大至90%，到第6分钟时，解吸率已经达到80%，而解吸能耗只有105.55KJ·mol^-1CO₂，远远低于常规解吸的180-200KJ·mol^-1CO₂。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-16
第一章文献综述  16-36
  1.1 温室效应及CO_2 的捕集与封存技术  16
  1.2 CO_2 的捕集分离技术概述  16-19
    1.2.1 吸收分离法  16-17
    1.2.2 吸附法  17-18
    1.2.3 膜法  18-19
  1.3 CO_2 的解吸过程概述  19-28
    1.3.1 CO_2 解吸过程简介  19-20
    1.3.2 CO_2 解吸过程的能耗  20-21
    1.3.3 低能耗CO_2 解吸工艺的研究现状  21-28
  1.4 中空纤维膜解吸过程概述  28-34
    1.4.1 中空纤维膜解吸技术的原理  28-31
    1.4.2 中空纤维膜解吸过程的能耗分析  31-33
    1.4.3 中空纤维膜解吸过程的影响因素  33-34
  1.5 本文的研究目的和意义  34-36
第二章实验部分  36-44
  2.1 实验装置及流程  36-38
  2.2 分析方法  38-39
  2.3 实验试剂及仪器  39-40
  2.4 实验数据处理  40-44
第三章结果与讨论  44-76
  3.1 吸收剂种类对CO_2 解吸效率和解吸能耗的影响  44-45
  3.2 吸收剂中MDEA浓度对CO_2 解吸效率和解吸能耗的影响  45-50
    3.2.1 吸收剂中MDEA浓度对CO_2 解吸效率的影响  46-50
    3.2.2 吸收剂中MDEA浓度对解吸能耗的影响  50
  3.3 吸收剂中CO_2 负载量对解吸效率的影响  50-52
  3.4 液相流速对CO_2 解吸效率和解吸能耗的影响  52-56
    3.4.1 液相流速对解吸效率的影响  52-55
    3.4.2 液相流速对解吸能耗的影响  55-56
  3.5 气相操作条件CO_2 解吸效率和解吸能耗的影响  56-64
    3.5.1 气相操作条件对解吸效率的影响  57-60
    3.5.2 气相操做条件对解吸能耗的影响  60-64
    3.5.3 气相加入水蒸气吹扫对解吸能耗的影响  64
  3.6 解吸温度对解吸效率和解吸能耗的影响  64-67
    3.6.1 解吸温度对解吸效率的影响  65-66
    3.6.2 解吸温度对解吸能耗的影响  66-67
  3.7 膜材料和膜器结构对解吸效率和解吸能耗的影响  67-71
    3.7.1 膜材料和膜器结构对解吸效率的影响  68-69
    3.7.2 膜材料和膜器结构对解吸能耗的影响  69-71
  3.8 串、并联操作对CO_2 解吸率效的影响  71-74
    3.8.1 并联操作对CO_2 解吸率的影响  71-73
    3.8.2 串联操作对CO_2 解吸效率的影响  73-74
  3.9 较优条件下的解吸情况  74-76
第四章结论与展望  76-78
参考文献  78-86
致谢  86-88
攻读学位期间发表的学术论文  88-89
作者和导师简介  89-90
附录  90-91

CO_2中空纤维膜解吸过程的研究

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