中空纤维膜器内液膜过程壳程传质研究

【摘要】： 中空纤维更新液膜(HFRLM)技术是一种新型的同级萃取反萃分离技术。该技术的核心设备是中空纤维膜器,膜器结构和膜丝参数是影响中空纤维更新液膜传质性能的重要因素。中空纤维膜器内壳程的传质过程较为复杂,研究者们得出的结论差异较大,因此无论是理论、实验还是模型计算上都需要深入的研究。 本文以CuSO4-Lix984N/煤油-H2SO4为实验体系,采用料液相流经壳程,反萃相和有机相混合流经管程的操作方式,研究了膜器结构对中空纤维更新液膜传质性能的影响。结果表明：由于过程传质阻力主要集中于料液侧水相边界层内的扩散阻力,传质通量随管程流速变化较小,随壳程流速增大而增大。操作压差、反萃相中Cu2+的浓度和并流逆流操作方式对传质通量基本没有影响。随着膜器装填因子和纤维膜丝有效长度的增大,中空纤维更新液膜过程的传质通量和传质系数均下降。随着膜器长径比的增大,中空纤维更新液膜传质系数呈现出先增大后减小的趋势。中空纤维膜器壳程流体流动的非理想程度愈严重,在其内进行的液膜过程传质性能下降幅度愈大。 基于表面更新理论和阻力串联模型,引入壳程流体流动非理想性参数(Pe)建立了中空纤维更新液膜的传质模型。采用单程、循环和串级实验结果对模型进行了验证,模型计算值与实验数据吻合较好。