中空纤维膜吸收CO2过程的膜浸润研究
CO2等温室气体导致全球气候变暖，已经引起了全世界各国的关注。在多种捕集CO2的技术中，膜技术以其操作灵活、更经济、能耗低、模块化结构易放大等优点被认为是代替传统吸收方式的有效方法。然而，随着操作的进行，疏水膜孔会被醇胺类溶液浸润，导致膜相阻力随着时间会持续增大，逐渐成为传质过程中的控制阻力，对其吸收CO2的效率有极大影响。因此，研究如何延缓、抑制膜浸润现象，对提高该技术的运行效率具有重要的实际意义。
本文首先采用PVDF中空纤维膜组件吸收CO2，研究二乙醇胺(DEA)水溶液对疏水微孔膜的浸润和传质的影响。CO2气体在膜组件壳程流动，吸收液在膜丝内（管程）流动，气相和液相在膜组件中均呈层流流动，逆流接触进行传质。实验分别考察不同的吸收液浓度、温度、流速以及气体流速对膜润湿的影响，结果表明:膜孔道逐渐被吸收液浸润，膜相传质阻力占总传质阻力的百分比最高升至68％，膜浸润使膜相阻力迅速增大，并逐渐成为主要传质阻力，导致总传质系数逐渐降低。随着吸收过程的进行，膜孔的平均相对浸润深度η逐渐增加，导致膜相传质系数km随时间逐渐下降，虽然η增加缓慢且幅度很小，但由此引起的km下降却非常明显。DEA浓度由1mol/L增至2mol/L，膜孔的相对浸润深度η值平均降低7.7％，这是由于DEA浓度增加而引起吸收液黏度变大，从而使膜孔被浸润变得困难;吸收剂温度由15℃升高至25℃，η值平均升高11.4％，液相流速由u=0.113m/s提高到u=0.183m/s，η值平均升高5.8％，升高温度或提高液相流速都会使膜浸润程度增加，但温度对膜浸润的影响更加明显;在气相阻力可以忽略的条件下，改变气相流速对膜浸润的影响不大。
其次，初步考察了吸收剂再生后循环使用对PVDF中空纤维膜膜浸润程度的影响，得到结论如下，采用再生液实验所得的膜孔相对浸润深度η是原吸收液的1.38倍，这说明可能是再生过程中吸收液里生成了热稳定盐等杂质，使膜浸润程度加剧，并导致了CO2传质通量和总传质系数的下降。
此外，通过Washburn法静态膜浸润实验测量膜重量的变化，掌握浸润量随时间的变化规律，结合膜的结构特征，建立了半经验半理论的膜浸润模型，并以此预测了总传质系数变化的基本趋势。
中空纤维膜;膜润湿程度;气体吸收;二氧化碳;结构特征
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
丁忠伟
2013
中文
TQ028.8;TQ342.81
88
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）