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中空纤维致密膜基吸收脱除CO_2研究

作　者: 孙承贵
导　师: 曹义鸣
学　校: 中国科学院研究生院（大连化学物理研究所）
专　业: 化学工程
关键词: 二氧化碳 致密膜基吸收 传质机理
分类号: TQ028
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 287次
引　用: 8次
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内容摘要


CO2 气体吸收和脱除日益受到人们关注。传统气体吸收装置（如填料塔和除气器）在工业应用中发挥着重要作用,但常常会产生雾沫夹带、液泛、漏液等问题。膜基气体吸收（简称膜基吸收）是膜技术与气体吸收技术相结合的新型杂化膜过程,采用非多孔膜基吸收器,可防止鼓泡和膜穿透现象的发生,实现气液两相独立操作。以硅橡胶/聚砜中空纤维复合膜组件为膜基吸收器,研究膜基吸收脱除CO2 纯气的传质机理,考察吸收剂种类（NaOH、MEA、DEA、TEA）、NaOH浓度、吸收剂流速、吸收剂压力和气相压力对CO2 传质速率的影响。实验发现,物理吸收时,液膜阻力较大,CO2 在液相中的传质为控制步骤;化学吸收时,提高化学反应速率能增强液相传质,提高CO2 速率,当吸收剂为2×103mol·m-3NaOH 溶液时,CO2 传质速率与CO2 在硅橡胶/聚砜中空纤维复合膜中的传质速率接近。同时,建立数学模型对传质过程进行理论分析,得到与实验现象相一致的结果。为考察致密膜基吸收在工业生产中的应用前景,以φ200 聚酰亚胺中空纤维膜商业组件为膜基吸收器,淡水和海水为吸收剂,进行了CO2、N2 纯气吸收和脱除CO2/N2 混合气中CO2 的实验。结果表明,膜基吸收法易于放大,不仅具有较高的CO2 传质系数(9.5×10-7mol·m2·s-1·kPa-1),而且CO2/N2 分离系数α达到47。减少气相流量或增大液相流量均可提高过程的传质速率,提高CO2 的脱除率,当气液体积流量比为4:25 时,CO2 脱除率达到70%以上。

全文目录


第一章 文献综述  10-30
  1.1 二氧化碳分离的应用背景  10-12
    1.1.1 “温室效应”的起因和现状  10-12
    1.1.2 石油化工工业中二氧化碳的分离  12
  1.2 二氧化碳分离技术概述  12-19
    1.2.1 吸附法  12-13
    1.2.2 吸收法  13-15
    1.2.3 低温蒸馏法  15
    1.2.4 膜分离技术  15-19
  1.3 膜接触器  19-22
    1.3.1 膜接触器定义、分类、特点  19-21
    1.3.2 膜接触器工作原理  21
    1.3.3 膜接触器穿透压力  21-22
    1.3.4 膜接触器应用  22
  1.4 膜基吸收脱除CO_2 研究进展  22-28
    1.4.1 国外研究进展  23-27
    1.4.2 国内研究进展  27-28
  1.5 论文选题及论文结构  28-30
第二章 实验部分  30-37
  2.1 实验试剂、设备及仪器  30-31
    2.1.1 实验试剂  30
    2.1.2 实验设备及仪器  30-31
  2.2 实验方法  31-34
    2.2.1 硅橡胶/聚砜中空纤维复合膜膜基吸收CO_2 纯气实验方法  31-32
    2.2.2 聚酰亚胺中空纤维膜膜基吸收脱除CO_2 实验方法  32-34
  2.3 实验数据处理  34-37
第三章 中空纤维致密膜基吸收CO_2纯气实验  37-50
  3.1 引言  37
  3.2 传质过程分析  37-39
  3.3 硅橡胶/聚砜中空纤维复合膜CO_2 传质系数  39-40
  3.4 硅橡胶/聚砜中空纤维复合膜膜基吸收CO_2 传质速率  40-48
    3.4.1 吸收剂种类对传质速率的影响  40-42
    3.4.2 NaOH 浓度对传质速率的影响  42-43
    3.4.3 液相流量对传质速率的影响  43-44
    3.4.4 液相压力对传质速率的影响  44-45
    3.4.5 气相压力对传质速率的影响  45-47
    3.4.6 几种分离方式的传质速率比较  47-48
  3.5 小结  48-50
第四章 中空纤维致密膜基吸收CO_2传质过程理论分析  50-61
  4.1 引言  50
  4.2 膜基吸收传质经验传质关联式  50-52
    4.2.1 管程分传质系数经验关联式  51
    4.2.2 壳程分传质系数经验关联式  51-52
  4.3 膜基吸收传质系数理论值计算  52-54
    4.3.1 气相分传质系数理论值  52
    4.3.2 聚合物膜内传质系数  52-53
    4.3.3 液相分传质系数理论值的计算  53
    4.3.4 总传质系数的计算  53-54
  4.4 化学反应对传质的增强作用  54-55
  4.5 理论分析结果与讨论  55-60
    4.5.1 不同传质关联式对壳程分传质系数的关联  55-56
    4.5.2 化学反应速率对总传质系数的影响  56-58
    4.5.3 液相流量对总传质系数的影响  58
    4.5.4 液相压力对总传质系数的影响  58-59
    4.5.5 气相压力对总传质系数的影响  59-60
  4.6 小结  60-61
第五章 中空纤维致密膜基吸收法在CO_2脱除中的应用  61-82
  5.1 引言  61
  5.2 聚酰亚胺中空纤维膜组件的选用  61-62
  5.3 膜基吸收CO_2 纯气实验结果与讨论  62-69
    5.3.1 液相压力对CO_2 传质速率的影响  62-63
    5.3.2 液相压力对N_2 传质速率的影响  63
    5.3.3 液相压力对CO_2/N_2 分离系数的影响  63-64
    5.3.4 液相流量对CO_2 纯气传质速率的影响  64-65
    5.3.5 液相流量对N_2 纯气传质速率的影响  65-66
    5.3.6 液相流量对CO_2/N_2 分离系数的影响  66-67
    5.3.7 气相压力对CO_2 纯气传质速率的影响  67-68
    5.3.8 气相压力对N_2 纯气传质速率的影响  68
    5.3.9 气相压力对CO_2/N_2 分离系数的影响  68-69
  5.4 膜基吸收脱除混合气中CO_2 实验结果与讨论  69-80
    5.4.1 膜基吸收脱除CO_2 过程实现稳态时间  69-70
    5.4.2 淡水、海水为吸收剂时CO_2 脱除效率比较  70-72
    5.4.3 气相流量对CO_2 脱除效率的影响  72-73
    5.4.4 液相流量对CO_2 脱除效率的影响  73-75
    5.4.5 气相压力对CO_2 脱除效率的影响  75-76
    5.4.6 液相压力对CO_2 脱除效率的影响  76-78
    5.4.7 重复性实验  78-79
    5.4.8 稳定性实验  79-80
  5.5 小结  80-82
第六章 结论  82-84
参考文献  84-90
符号说明  90-92
作者简介及发表文章  92-93
致谢  93

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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
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