除渣器-山东智信环保科技

山东智信环保科技有限公司主要产品有环保设备(非标)、计量加药系统、造纸设备、玻璃钢产品、玻璃钢防腐保温、粮油设备、消毒设备 等系列产品,其中除渣器、活性炭投加系统、高锰酸钾投加系统、pam制备装备、pac制备投加系统、地埋式一体化污水处理设备、玻璃钢产品、二氧化氯发生器等,产品的销量在全国一直遥遥领先
山东智信环保科技有限公司的联系电话
新闻动态
最新文章
联系方式
联系电话:15866508608
联系传真:0536-4287288
电子邮箱:sdzxept@163.com
联系地址:山东省安丘市央赣路78号
当前位置:网站首页 > 新闻中心 > 新闻动态 > 新闻动态

正丁醇分离技术试验研究

作者: 山东智信环保科技 来源: 山东智信环保科技 发布时间:2016-09-30
1 实验部分
1.1 试剂和仪器
主要试剂:正丁醇,高碘酸钠,顺丁烯二酸,乙二醇,邻苯二甲酸氢钾,分析纯;乙醇,色谱纯;聚乙烯醇,平均聚合度1750±50;聚醚砜(PES)微滤膜。
主要仪器:热电偶,NR-81530;注射泵,LSP01- 1A;分析天平,AR2140,1mg;离心机,TDL-5A;真空干燥箱,DZF-6020AB;旋片式真空泵,2XZ-2。扫描电镜(SEM,Zeiss supra 55)。
1.2 分离膜的制备
所用的分离膜为实验室自制。选取PES微孔膜(膜厚100μm,孔径0.1~0.4μm,孔隙率65%~70%)为基膜,于无水乙醇中静置并浸泡,用以去除基膜上残留的有机杂质,之后于次氯酸钠溶液中静置并浸泡,以去除基膜上微生物等,然后用去离子水冲洗干净,完全烘干后将PES基膜置于洁净的玻璃平板上密封保存,待用。
在90 ℃油浴锅中加热聚乙烯醇(PVA)至固体完全溶解,得到质量分数为2%的PVA水溶液,之后加入一定量交联剂马来酸(MA与PVA的摩尔比1: 10),并加入2或3滴浓硫酸,作为交联反应的催化剂。90 ℃下MA和PVA反应4h,从而使膜溶胀情况得到改善。将膜液进行离心,脱除其中的气泡,然后根据dip-coating理论(浸涂法)对PES膜浸涂3次,得到PVA致密分离膜。
1.3 膜微反应器的加工
使用精密数控车床对膜微反应器进行加工,材料选用耐腐蚀性316L不锈钢。中间矩形孔洞与真空泵相连;图1右为MMR的上半部分,中间矩形通道为料液区,宽0.5mm,深0.5m,长2cm。将上述制备好的PVA致密分离膜置于MMR上下2部分中间,用螺栓固定,抗腐蚀O型圈起到密封作用。
Kew等人研究发现,流体通道直径很小时,重力的影响基本忽略不计,此时表面张力为主要作用力,这是微尺度通道中特有的一种现象。所以,在表面张力和重力比的基础上,使用限制数(confinement number,Co)来划分微通道尺度。随Co升高,对应的通道水力直径减小,同时表面张力相对于浮力的作用更明显,流动偏离宏观现象的程度越大,更加接近微观尺度。Kew将限制数的划分界限定为0.5,也就是说Co≥0.5的通道可看作微通道,反之则属于传统宏观通道。本研究中的通道属于微通道范畴。
1.4 实验流程及数据处理
膜后侧连接的设备为液氮冷阱、真空压差计、缓冲瓶和真空泵。使用注射泵将待分离的料液(正丁醇和水)以一定的流速注入至膜微反应器后,开启真空泵,膜后侧大气压维持在80kPa,预循环3h以上,在膜前侧出口及液氮冷阱处开始收集料液。使用卡尔费休水分分析仪分析收集液中水的含量。体系温度由热电偶和温度控制器组装的控温系统进行有效控制。
渗透汽化膜性能主要由渗透通量参数来描述。渗透通量J按式(1)计算:
式中,mi为透过膜组分i的质量,A为膜面积,t为操作时间。
2 串联阻力模型
使用目前已得到广泛认可的溶解扩散机理对渗透汽化过程进行描述,如图3所示。
假设渗透汽化过程满足以下条件:渗透汽化为稳态操作过程;膜内温度和压力为常数;组分在膜表面的溶解过程为平衡状态;分离膜内的扩散为一维传质过程;膜后侧气相传质阻力忽略不计。
1)液相中组分的传质:
其中,K1为液相传质系数。
2)膜中组分的溶解扩散。使M为水在膜和正丁醇中的分配系数,透过组分水在膜表面的溶解处于平衡状态,得到:
水在膜内的扩散为一维传质过程,符合Fick第1定律,故:
式中,Dm为膜内渗透组分传质系数,km为膜中渗透组分的扩散系数,Lm为膜厚。
3)渗透侧组分的传质。设膜后侧气相传质阻力忽略不计,且透过组分在膜和气相中的分配系数为1,则膜后侧边界与气相中的透过组分浓度相同,即:
3 结果与讨论
3.2 渗透汽化性
3.2.1 料液温度的影响
膜前侧进口料液水的质量分数为5.0%、料液流速为11μm/s,水渗透通量如图5所示。
当料液温度从50℃升高至70℃,水的渗透通量由50.0g/(m²·h)增大至85.1g/(m²·h)。这是因为随着温度上升,正丁醇和水在渗透汽化膜中的溶解度升高、溶解速率变快,另外温度升高可以使料液在膜中的扩散速率变快,从而导致渗透通量增大;除此之外,温度升高会使PVA膜中高分子聚合物的分子链自由度和自由体积增大,料液组分在渗透汽化膜中的扩散系数升高,进而提升渗透通量。
通常认为当其他条件不变时,膜通量与操作温度的关系符合Arrhenius方程:
式中,J0为指前因子,Ep为渗透表观活化能,R为气体常数,T为料液温度。Ep可以通过lnJ和1/T的关系计算得出。
3.2.2 料液含量的影响
料液组成是影响渗透汽化性能的重要因素之一。在料液温度65℃,料液流速为11μm/s的条件下,考察了膜微反应器进口料液中水含量对分离性能的影响,结果如表1所示。
当进口料液水的质量分数从1.0%升高至7.0%时,渗透通量从13.9g/(m²·h)升高至96.6g/(m²·h),增大进口料液水的含量有助于提升料液的渗透汽化性能。原因是随着料液中水含量的升高,含量梯度增大,传质驱动力增大,从而对水分子扩散和透过膜起到促进作用。
3.2.3 料液流速的影响
料液流速直接影响料液在膜微反应器中的停留时间,也是影响分离性能的重要因素之一,表2为料液流速对渗透汽化性能的影响。料液温度为65℃,水的质量分数为5.0%。
料液流速较低时,渗透通量随流速的提高而明显升高;流速大于11μm/s时,渗透通量的增大趋势逐渐变缓。这是因为流速过低时,PVA膜前侧水浓度降低导致传质推动力减弱,渗透通量较小;随着流速的升高,膜前侧水含量上升导致传质推动力升高,从而导致渗透通量增大。适当的降低料液流速可以延长停留时间,将有利于提高膜微反应器的脱水性能。
3.3 渗透机理
3.3.1 模型参数的确定
由式(14)可知,在一定温度及料液流速下,图6数据线的斜率即为该操作条件下的总传质系数。
在温度、物料含量恒定不变时,液相传质阻力系数仅和料液流速有关,故设:
利用威尔逊标绘法计算传质阻力。通过改变流速可获得不同的总传质系数K,从而得到1/K与u的关系曲线,其中a为线性关系最优(相关系数> 0.95)时的数值,通过直线的截距能够得到Km。在各流速下的K和Km已知的情况下,通过式(17)能够得到所对应流速下的液相传质系数K1。
式中,Sh、Re、Sc分别为舍伍德准数、雷诺准数以及施密特准数,B为系数。
式中,dh为微通道当量直径,D为水在正丁醇中的扩散系数,μ为料液黏度,ρ为料液的密度。
比较式(16)和式(18)、式(19)雷诺准数,可知a和al应相等。通过迭代法求a(或a1)。首先设定一个a,对1/K与u-a进行拟合,确定出膜内传质系数Km,通过式(17)可以得到各个流速下的液相传质系数K1及Re和Sh数,求出指数a1。判断a 与a1 是否相等,若不相等,则继续迭代,直至a1 =a 。通过Re和Sh的线性关系图,能够得到系数B,进而得到最终的传质准数关联式。

除渣器 |活性炭投加系统 |高锰酸钾投加系统 |PAM制备装备 |PAC制备投加系统 |地埋式一体化设备 |二氧化氯制备装备
玻璃钢储罐 |玻璃钢格栅 |玻璃钢冷却塔 |玻璃钢管道 |玻璃钢水箱 |玻璃钢防腐保温 |玻璃钢其他产品 |网站地图 |SiteMap

山东智信环保科技有限公司 版权所有 鲁ICP备16008083
联系电话:15866508608 联系传真:0536-4287288 电子邮箱:sdzxept@163.com 联系地址:山东省安丘市央赣路78号