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陶瓷膜疏水改性与真空膜蒸馏过程模拟研究
作 者: 刘典
导 师: 杨座国
学 校: 华东理工大学
专 业: 材料化学工程
关键词: 真空膜蒸馏 陶瓷膜 疏水改性 脱盐实验 模拟计算
分类号: TQ028.8
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
膜蒸馏是一种新型的膜分离过程,具有分离能力强、能耗低、资本投入少的特点,主要应用于海水淡化、污水处理等领域。虽然膜蒸馏技术得到了很大的发展,但其成规模的工业化生产还未形成。主要是因为膜蒸馏过程用膜要求较高,制膜成本过高,可选用材料过少;同时膜蒸馏过程传质阻力较高,传热效率低,传质传热过程机理研究还不够完善。与其他三种常见膜蒸馏形式相比,真空膜蒸馏有较高的膜通量以及几乎可以忽略不计的热传导损失的特点。本文为了解决真空膜蒸馏用膜材料匮乏的现状,选用(CH3)2SiCl2作为改性液,将亲水性陶膜通过表面接枝聚合改性为疏水陶瓷膜。通过接触角测定表征,证明已达到改性效果。同时,还就陶瓷膜在改性液中的改性时间,改性次数,热处理时间,热处理温度,改性液浓度对改性效果的影响进行了研究。通过实验,最优的实验条件为:改性时间24h,改性次数3次,热处理时间24小时,热处理温度100摄氏度,改性液浓度0.1mol/L。在陶瓷膜改性完成基础上,选用了NaCl水溶液作为实验物系进行真空膜蒸馏脱盐实验。实验结果表明,疏水改性后的陶瓷膜能够很好的实现NaCl水溶液的脱盐,脱盐率达到99.99%。在适宜的操作条件下,膜通量可达15.80 kg/m2·h。本文还针对NaCl水溶液体系,建立起了真空膜蒸馏过程的传质传热模型,模拟计算操作条件与膜结构属性对膜通量的影响。将模拟结果与实验结果比较验证,两者在进料浓度低于10%以内能获得很好的一致性。通过模拟计算分析,操作条件对膜通量影响如下:进料温度、流速以及真空度的提高将提高膜通量,进料浓度增大将降低膜通量;膜结构参数对膜通量影响如下:孔径与孔隙率的增大将提高膜通量,曲折因子与膜厚度增大将降低膜通量。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-10 第一章 文献综述 10-24 1.1 膜蒸馏技术的分类 11-13 1.2 膜蒸馏技术的优缺点 13-14 1.2.1 膜蒸馏技术的优点 13 1.2.2 膜蒸馏技术的缺点 13-14 1.3 膜蒸馏用膜 14-16 1.3.1 有机膜 14 1.3.2 改性陶瓷膜 14-15 1.3.3 陶瓷膜改性 15-16 1.4 膜蒸馏过程机理 16-20 1.4.1 热量传递 16-18 1.4.2 质量传递 18-20 1.5 膜润湿与膜污染 20-21 1.5.1 膜润湿 20-21 1.5.2 膜污染 21 1.6 膜蒸馏过程研究的新进展 21-22 1.6.1 新的膜蒸馏形式 21 1.6.2 膜蒸馏与其他分离过程的耦合 21-22 1.6.3 膜组件的研究 22 1.7 膜蒸馏应用领域 22-23 1.7.1 超纯水的制备 22 1.7.2 水溶液的浓缩与提纯 22 1.7.3 废水处理 22-23 1.7.4 海水、苦咸水淡化 23 1.8 本文研究内容 23-24 第二章 陶瓷膜疏水改性研究 24-37 2.1 实验部分 24-26 2.1.1 药品、试剂及仪器 24 2.1.2 陶瓷膜有机硅疏水改性原理 24-26 2.1.3 疏水改性实验步骤 26 2.1.4 分析方法 26 2.2 结果与讨论 26-36 2.2.1 改性前后陶瓷膜的亲水性对比 26-27 2.2.2 改性时间对疏水性能的影响 27-29 2.2.3 改性次数对疏水性能的影响 29-30 2.2.4 热处理时间对疏水性能的影响 30-32 2.2.5 热处理温度对疏水性能的影响 32-34 2.2.6 改性液浓度对疏水性能的影响 34-36 2.3 本章小结 36-37 第三章 真空膜蒸馏实验 37-44 3.1 实验部分 37-39 3.1.1 实验仪器与试剂 37 3.1.2 膜材料参数 37 3.1.3 膜组件 37 3.1.4 实验流程 37-38 3.1.5 分析方法 38-39 3.2 结果与讨论 39-42 3.2.1 温度对膜通量的影响 39-40 3.2.2 真空度对膜通量的影响 40 3.2.3 流速对膜通量的影响 40-41 3.2.4 进料浓度对膜通量的影响 41-42 3.3 本章小结 42-44 第四章 真空膜蒸馏过程模拟计算 44-69 4.1 模型假设 44 4.2 真空膜蒸馏传质传热计算过程 44-47 4.2.1 传质过程计算 44-45 4.2.2 传热过程计算 45-46 4.2.3 计算过程 46-47 4.3 模拟计算步骤 47 4.4 氯化钠水溶液物性参数 47-49 4.5 模型的检验 49-53 4.5.1 温度对膜通量的影响 49-50 4.5.2 真空度对膜通量的影响 50-51 4.5.3 流速对膜通量的影响 51-52 4.5.4 原液浓度对膜通量的影响 52-53 4.6 操作条件对膜通量模拟结果的影响 53-64 4.6.1 进口料液浓度对膜通量的影响 53-57 4.6.2 进口温度对膜通量的影响 57-60 4.6.3 流速对膜通量的影响 60-62 4.6.4 真空度对膜通量的影响 62-64 4.7 膜结构参数对膜通量影响的模拟 64-67 4.7.1 孔径对膜通量的影响 64-65 4.7.2 孔隙率对膜通量的影响 65-66 4.7.3 曲折因子对膜通量的影响 66-67 4.7.4 膜厚度对膜通量的影响 67 4.8 本章小结 67-69 第五章 结论 69-70 参考文献 70-74 致谢 74-75 硕士期间发表的论文 75
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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工过程(物理过程及物理化学过程) > 分离过程 > 新型分离法
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