管式膜微濾過(guò)程強(qiáng)化及水力學(xué)特性研究.pdf

1、微濾技術(shù)是膜分離領(lǐng)域的重要組成，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中。影響微濾過(guò)程操作效率、膜分離性能的主要問(wèn)題是膜污染。在膜組件中安裝湍流促進(jìn)器，能夠改善膜內(nèi)水力學(xué)流動(dòng)特性，減緩顆粒在膜面的沉積，從而緩解了膜污染的形成，是被廣泛認(rèn)可的用于提高膜分離效率，強(qiáng)化微濾過(guò)程性能的有效方法之一。
　　本文自主設(shè)計(jì)搭建了具有中試規(guī)模的過(guò)濾實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，分別進(jìn)行了硅藻土和酵母菌懸浮液錯(cuò)流微濾實(shí)驗(yàn)研究，并在膜組件中安裝了自行設(shè)計(jì)的湍流促進(jìn)器，結(jié)合實(shí)驗(yàn)與流場(chǎng)

2、數(shù)值模擬，驗(yàn)證了湍流促進(jìn)器對(duì)微濾過(guò)程的強(qiáng)化作用。
　　(1)利用搭建好的中試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(處理量最高為16 m3/h)分別進(jìn)行了硅藻土和酵母菌懸浮液錯(cuò)流微濾實(shí)驗(yàn)，考察了操作參數(shù)（進(jìn)料流量、跨膜壓差、進(jìn)料濃度）和物性參數(shù)（膜孔徑、料液顆粒粒徑分布）等對(duì)微濾性能的影響，確定了最佳的操作工藝。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)料流量為6 m3/h時(shí)，膜通量最大，達(dá)到535.54 L/m2·h，過(guò)濾阻力最低?？缒翰钤?.10-0.12 MPa范圍內(nèi)微濾性能

3、最優(yōu)。膜孔徑和懸浮液中顆粒粒徑對(duì)微濾過(guò)程污染阻力及其組成具有顯著影響。
　　(2)在管式膜組件中安裝一系列擋板組合作為湍流促進(jìn)器，考察了擋板結(jié)構(gòu)參數(shù)（擋板半徑、擋板扇形角）和擋板排列形式（擋板間距、擋板排列相位角）等對(duì)微濾過(guò)程強(qiáng)化效果的影響。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，安裝各形式擋板組合后的管式膜滲透通量均顯著高于無(wú)擋板管式膜，且過(guò)濾阻力減小。通過(guò)對(duì)比不同擋板結(jié)構(gòu)及排列對(duì)強(qiáng)化傳質(zhì)效率的影響規(guī)律，確定了最優(yōu)的湍流促進(jìn)器結(jié)構(gòu)形式。
　　(3)

4、利用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent建立了添加各擋板組合的管式膜三維數(shù)值模型，模擬了膜組件內(nèi)湍流流動(dòng)?？疾炝藫醢褰Y(jié)構(gòu)參數(shù)（擋板半徑、擋板扇形角）和擋板排列（擋板間距、擋板排列相位角）等對(duì)膜內(nèi)水力學(xué)特性的影響規(guī)律。模擬結(jié)果顯示，擋板的存在極大地增強(qiáng)了膜面剪切力及湍動(dòng)能，對(duì)微濾過(guò)程的強(qiáng)化作用顯著。此外，擋板的存在也引起膜內(nèi)靜壓損失，綜合考察擋板強(qiáng)化效果極其附加能耗，確定了最優(yōu)的擋板結(jié)構(gòu)參數(shù)及排列形式。
　　模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果取得了較好的一