中空纤维支撑液膜处理含铜废水传质过程的数值模拟
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，得出浓度在轴向和径向的分布。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。
支撑液膜;质量传递;偏微分方程;浓度分布;中空纤维;含铜废水处理
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
孙巍
2010
中文
X703.1;TB383
67
2010-08-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）