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PVDF中空纤维膜接触器吸收CO_2过程的膜浸润动力学研究

邓永峰  
【摘要】:近来,CO2气体所导致的温室效应日渐严重,因此迫切需要寻找出有效分离、吸收CO2气体的方法以应对全球气候变暖。膜接触器捕集吸收CO2的技术被公认为最可行有效的方法,故引起了众多学者的广泛关注。然而,膜润湿现象一直是伴随该项技术的最大瓶颈,随之而来的是总传质系数的严重下降与膜相传质阻力的急剧上升。因此研究如何减缓膜润湿以及建立出膜相传质阻力与实验运行时间的动力学方程已经迫在眉睫。本文以PVDF中空纤维微孔膜接触器为反应器,采用二乙醇胺(DEA)溶液和将盐作为添加剂的DEA混合液为吸收液,分别考察温度、浓度、液相流速以及气液两相的压力差等因素对总传质系数和膜相传质阻力的影响,进而建立出膜相传质阻力与实验运行时间的动力学方程。实验结果表明:(1)温度升高,液相流速加快,气液两相的压力差扩大都会导致总传质系数降低、膜相传质阻力升高;(2)浓度对膜润湿的作用相对复杂,温度为15℃时,随浓度增大,总传质系数降低、膜相传质阻力升高;温度为35 ℃时,随浓度增大,总传质系数升高、膜相传质阻力降低;(3)在DEA溶液中添加硫酸钠不能减缓膜润湿;添加一定浓度的氯化钠在某种程度上可以减缓膜润湿,其中温度为35 ℃,浓度为1 mol·L-1的DEA溶液中加入0.25 mol·L-1的氯化钠后减缓膜润湿的效果最为明显;35 ℃时添加少量海藻酸钠在一定程度上可以减缓膜润湿;(4)DEA浓度为2 mol·L-1时,类阿伦尼乌斯方程的经验模型中参数值k"由2.41×10-3变化至3.06×10-3,总体变化幅度较小;而一级动力学方程的模型参数值k'由3.33×10-3变化到5.04×10-3,总体变化幅度较大。同理,类阿伦尼乌斯方程的经验模型中参数值k"的r2变化范围为0.954-0.994;而一级动力学方程模型参数值k'的r2变化范围为0.900-0.984。两种动力学方程都能够精确有效地预测与计算出任意时刻下的膜相传质阻力。


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