试析无机膜渗透蒸发传质模型的研究

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1、天津大学硕士学位论文无机膜渗透蒸发传质模型的研究姓名：林贤莉申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：王保国20021201中文摘要本文借鉴描述有机膜渗透蒸发过程的虚拟相变溶解扩散理论模型，将其应用于无机膜渗透蒸发过程。该模型认为，渗透蒸发过程是液体渗透过程和蒸汽渗透过程的串联耦合，组分在液相区域和蒸汽区域的界面处发生相变。在液相区域内，同时考虑了浓度梯度和压力梯度两个推动力引起的传质通量。利用单组分的渗透蒸发实验求出压力梯度下的迁移系数，并将其应用于二元混合物的渗透蒸发传质模型中；选用线性扩散模型计算了浓度梯度下的扩散系数。在蒸汽区域，根据分子平均自由

2、程判据，确定了组分在该区域内的扩散遵循努森扩散机理。用扫描电镜(SEM)、氮气吸附．脱附仪(BET)和气体渗透性能测试对自制的Si02无机膜进行了表征，并将该膜用于测定不同浓度下乙醇．水共沸物系的渗透蒸发过程的通量和分离因子，来检验模型的可行性。模型预测结果和实验数据之间的吻合良好，通量的平均相对偏差为12．2％；分离因子的平均相对偏差为14．4％。并且利用该模型分析讨论了进料液浓度、进料侧压力、透过侧压力、膜的孑L径和厚度等因素对渗透通量及分离因子的影响规律。根据模型预测结果，分析了液相区、蒸汽区及总过程的分离因子。关键词：渗透蒸发；无机膜；传质模型：

3、虚拟溶解扩散相变模型ABSTRACTOnthebasisofthepseudophase-changesolution—diffusionmodel，whichisusedtodescribethepervaporationthroughorganicpolymericmembranes，weassumethatthepervaporationprocessininorganicmembraneisacombinationofliquidpermeationprocessandvaporpermeationprocessinseriesandaphase

4、changeofpermeantislocatedattheinterfacebetweentheliquidzoneandthevaporzone．Intheliquidzone．themasstransferduetoconcentrationandpressureprofilesareconsideredsimultaneously．Themobilitycoefficientsofcomponentsdrivenbypressureprofileofcomponentsareobtainedfromthepervaporationtestofea

5、chindividualcomponent，andthentheyareappliedtothemasstransfermodelforbinarymixture．Furthermore，thediffusioncoefficientsofcomponentsdrivenbyconcentrationprofileinthismodelaredeterminedbylineardiffusionmodel．Inthevaporzone，thepermeationisascertaincdtoobeytheKnudsendiffusionmechanism

6、，accordingtothecriteriononthemolecularmeanfreepath．CharacterizedbySEM、BETandgaspermeationperformanceexperiment，thesynthesizedsilicondioxidemembraneisemployedtomeasurethemassfluxandselectivityofpervaporationprocessforalcohol／watermixturetoexaminethevalidityofthismodel．Themassfluxa

7、ndselectivityestimatedbythismodelshowgoodagreementwithexperimentdata．Theaveragedeviationofpredictedfluxesfromthemeasuredfluxesis12．2％．andthatofseparationfactorsis14．4％．Thismodelisalsousedtostudytheeffects0ffeedconcentration、feedpressure、permeatepressure、theporeradiusandthethickne

8、ssofmembraneonpervaporationperformance．U