探索膜分离无机盐及氨基酸的过程模拟与分析

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20071143（硕士学位论文类别:全日制硕士研究生题目:膜分离无机盐及氨基酸的过程模拟与分析英文题目:ProcessSimulationandAnalysisofMembraneSeparationofInorganicSaltandAminoAcid研究生:王一鸣学科名称:化学工程指导教师:张永锋教授二○一○年六月摘要在膜分离工艺的开发过程中，传质模型起着重要的指导作用。然而，现在被广泛应用的溶解-扩散模型、优先-吸附毛细孔流模型并不能够准确地预测膜对溶质的截留率和渗透通量。吸附-扩散模型是新的描述膜分离过程

2、的模型，模型包含影响膜分离过程的多种因素，从理论上预测了膜分离过程中可能出现的极大值和极小值，然而这些只是停留在理论上的，未用于实际计算，有待实验验证。本文考察了反渗透脱盐过程中操作压力、溶液浓度对溶质截留率和渗透通量的影响，利用溶解-扩散模型(SDM)和吸附-扩散模型(ADM)一级近似式对反渗透脱盐过程进行模拟，模拟结果表明吸附-扩散模型(ADM)的一级近似式的拟合精度高于溶解-扩散模型(SDM)。从数学形式上看，溶解-扩散模型只含有一个参数B，而吸附-扩散模型(ADM)一级近似式含有两个参数Ki(λ)和b。由吸附-扩散模型可知，溶质截留率、渗透通量随

3、操作压力、溶液浓度的变化出现极大值的现象是由膜的荷电性、孔隙率及浓差极化等因素综合影响所致。以反渗透膜溶解-扩散模型(SDM)为基础，考虑了溶质体积压力驱动项的影响，-8-6提出了改进的反渗透膜溶解-扩散模型(MSDM)，改进模型拟合的均方差在10~10之间，优于溶解-扩散模型(SDM)。由改进的溶解-扩散模型(MSDM)可知，溶解-扩散模型(SDM)中的参数B是随操作压力变化而变化的参数。由吸附-扩散模型知，改进的溶解-扩散模型(MSDM)中参数α可能是一个与渗透通量、操作压力相关的函数，使得由模型参数α值计算的Vs值与溶质摩尔体积真实值有些偏差，因此

4、该模型为一个半经验模型。以稳态条件下膜两侧氨基酸电离反应平衡和溶液电荷守恒为理论基础，推导出描述氨基酸总截留率与氨基酸分子(两性离子)截留率、氢离子截留率和溶质电离度之间关系的一个唯象模型。由该模型可知，氨基酸总截留率及各离子截留率是随溶液pH值的变化而变化的，当pH值较高时，氨基酸正离子的电离度α1可以忽略，当pH值较低时，氨基酸负离子的电离度α3可以忽略。利用该模型进行模拟计算，计算曲线与实验曲线基本吻合，所建立的模型为膜分离多元有机酸的截留规律研究提供了理论参考。关键词：膜分离；无机盐溶液；氨基酸溶液；过程模拟AbstractTheguidingr

5、oleofmasstransfermodelisveryimportantforthedevelopmentofmembraneseparationprocess.TheSolution-Diffusionmodel(SDM)andthePreferentialSorption-CapillaryFlowmodelwhicharewidelyusedcannotaccuratelypredictsoluterejectionandpermeationflux.TheAdsorption-Diffusionmodel(ADM)isanewmodelofme

6、mbraneseparationprocessanditcontainsmanyinfluentialfactorsofmembraneseparationprocess.ApredictionofpossiblemaximumandminimumofmembraneseparationprocessisshowedtheoreticallybyADM.ButADMhasremainedatthetheoreticallevelandlackofpracticalcalculation.Itisyettobeprovedbyexperiments.The

7、effectofoperationpressureandpermeationfluxofROmembraneisstudied.TheseparationprocessofROmembraneissimulatedbythefirstapproximationformofADMandSDM.ThesimulationresultsshowthatthefirstapproximationformofADMissuperiortoSDM.Basedonmathematicalform,SDMcontainsonlyoneparameterBandthefi

8、rstapproximationformofADMcontainstwopara