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中空纤维支撑液膜处理含铜废水传质过程的数值模拟

樊瑞  
【摘要】: 液膜过程作为一种新型的同级萃取反萃技术,与传统的萃取过程相比较,有着独特的优势,其主要特点为:分离效率较高,整个分离过程能耗、操作费用较低等优势,已经在工业上有广泛的应用。近年来,随着新的膜分离技术的不断产生,对其传质性能的研究也越来越深入,主要集中在以下几个方面:对膜材料的研究、对膜器整体传质性能及过程的研究、新型膜技术的研究以及新应用领域的研究。本文研究工作主要围绕中空纤维支撑液膜传质过程来完成。 在中空纤维支撑液膜过程中,对于传质的影响因素有很多,大多研究者对传质的研究是基于半经验的阻力串联模型,其总的传质阻力为料液相、膜相、反萃相分阻力的叠加,这种模型对于相同的实验吻合较好,但是适用性较差,对于不同的体系,模型有着很大的差别,因此需要对传质过程的微观机理进行研究,从机理上更清楚的认识膜传质过程。 本文对中空纤维支撑液膜过程的传质行为进行了模型化研究,通过简化膜丝在传质过程中的状态,假定了流体在膜丝内流动为充分发展的层流,在柱坐标系的情况下,建立了对中空纤维膜传质过程的微分方程。参考界面反应的动力学影响来确定偏微分方程的边界条件。模拟了铜离子的萃取过程,并与实验数据进行分析比较。 使用Matlab软件求解传质微分方程,在求解过程中使用有限差分法Crank-Nicolson差分格式对方程进行离散,然后编程求解,得出浓度沿轴向和径向的分布。文中分别考察了流体流动、溶液pH值、管径、有机相萃取剂的含量等不同因素对传质过程的影响。模拟结果表明:流速的增大对传质效果起到促进作用;pH值对传质效果的影响呈抛物线分布,存在一个最佳操作的pH值;管径在一定范围内变化对传质的有一定的影响,管径越小单程去除率越大。对于壳程传质过程的研究采用了Happel自由表面模型,然后对壳程建立传质微分方程,讨论壳程的传质性能。 综上所述,本文对中中空纤维支撑液膜传质过程进行了理论研究,分析了影响膜传质的一些因素,有助于液膜过程的研究和应用。


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