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1、多进口中空纤维膜吸收器的流动特性与传质性能第33卷第2期2006钲北京化工大学joURNALOFBEIjINGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOIoGYVo1.33,No.22006多进口中空纤维膜吸收器的流动特性与传质性能张卫东AbdulHakim高坚(北京化工大学化学工程学院,北京100029)摘要:采用多壳程进口聚丙烯中空纤维膜器测定了在吸收剂分布式进料操作条件下,中空纤维膜器壳程流体停留时间分布,据此分析了吸收剂壳程分布式进料时的壳程流动特性,结果表明在中空纤维膜器壳程存在返混等
2、非理想流动.同时,针对酸性气体膜吸收传质实验,分析了吸收剂分布式进料操作时中空纤维膜酸性气体吸收过程的传质特性,并与单一进口进料操作时的传质特性作了比较,证明了壳程非理想流动会造成传质效率的下降.关键词:中空纤维膜;多进口;传质;返混中圉分类号:TQ028膜吸收将膜技术与传统的吸收过程相耦合,克服l『传统吸收过程所存在的夹带,液泛等操作条件的限制.在膜吸收过程中,气相和吸收液在膜的两侧流动,并通过膜的微孔进行间接接触,两相流量均可以任意调节,扩大了两相操作范围….其中,中空纤维膜吸收器的体积传质系数比传统
3、气液接触设备高2～3个数量级,因而自1984年Kim[2]提出膜吸收的概念以来,二十余年来,该技术得到了研究者的广泛关注,关于中空纤维膜吸收过程传质机理,应用体系等方面的研究不断见诸报导J.1988年,Sirkar[]等关联了中空纤维膜器的装填因子与传质性能的关系.1992年,Cussler[8]研究了不同结构的中空纤维膜接触器的传质性能,1993年,Fane[9]等研究了中空纤维膜组件流动性能与传质的影响.1995年起,张卫东[,Chen[11]等人分别用子通道模型和概率分布研究了壳程的非理想流动与传质
4、性能的关系.王玉军¨]等采用示踪剂研究了壳程非理想流动.本文设计了一套多进口中空纤维膜接触器,通过SO2/NaOH膜吸收传质实验和示踪实验研究了壳程流体流动特性与传质性能的关系,对中空纤维膜吸收器的优化设计提供指导.1实验部分中空纤维膜吸收器的结构图如图1所示.膜器收稿日期:21)05.0425基金项目:国家自然科学基金(20206002)第一作者:舅,1969年生,教授,工学博士E.mail:zhangwd@mail.buct.edu.cn的结构参数列于表1.实验流程图如图1所示.管程进口为SO2/空气
5、的混合气.壳程吸收剂为清水.管程流速范围为0.08～0.20m/s,壳程流速范围为0.0014～0.0057m/s.管程气体进出口浓度采用三乙醇胺+副玫瑰苯胺法测定,壳程液体浓度采用酸碱滴定法测定,用于物料衡算.实验测定了稳定时间为1h左右.瓶图1实验流程图Fig.1Experimentalset—up两相逆流条件下的总传质系数可由下式计算得Gn表1中空纤维膜吸收器结构参数Table1Structuralparametersforthehollowfiberabsorber?2?北京化工大学2006控示踪
6、实验所用示踪剂是0.01mol/L的KCI溶液.示踪样品体积是10mL,壳程出口示踪剂浓度使用电导率法来测定,加入位置和检测位置如图1所示.KC1溶液电导率与浓度之间符合如下关系:Kcl=口xCKCI十b倥=508.33(S?tool/m4)(2)b=0.1989(S/m)示踪实验中,测定膜器出口处的电导率,再由式(2)可得相应t时刻的KCI的浓度CKCl(t),由式(3)即可得中空纤维器壳程流体停留时间分布密度.肌CKCIdtLI(￡)厶¨髓(3)2结果与讨论2.1多进口流程下的壳程流动特性为了考查在吸
7、收剂分布式进料操作条件下,中空纤维膜器壳程流体流动特性,本文测定了中空纤维膜器壳程流体停留时间分布,并比较了单进口,双进口,三进口操作条件下的差别,结果如图2所示.一一个进口一两个进口一三个进口图2不同操作条件下,中空纤维膜器壳程流体停留时间分布密度Fig.2Theresistancetimedistributiondensityontheshellsideofthehollowfiberabsorberunderdifferentoperatingconditions可以发现,中空纤维膜器壳程流体流动并
8、不是理想的平推流,而是存在着返混等非理想流动,尤其在壳程液流速度较低时,返混现象尤为明显.由图2还可以发现.在三种进料操作条件下,单进口方式的还混现象最严重,流体停留时间分布有较长的"拖尾"现象(图2(a),(b)),三进口方式的壳程流体流动较其它两种方式更接近平推流.当壳程流体流速增大时(本文增大至0.O043m/s),三种进口操作下的壳程流体停留时间分布很接近(图3(c)).2.2不同进口流程下的传质性能实验测定了单一进口
