平板膜微濾過(guò)程的數(shù)值模擬.pdf

1、平板膜微濾過(guò)程面臨的最主要的問(wèn)題是膜污染。膜污染的種類(lèi)包括膜孔堵塞、濾餅層形成、濃差極化等。膜污染會(huì)造成微濾阻力的增大，在恒速工況下跨膜壓差(TMP)隨時(shí)間而增大，恒壓工況下滲透速度隨時(shí)間而減小。本文建立了平板膜微濾的機(jī)理模型，對(duì)平板膜微濾過(guò)程進(jìn)行了模擬。 本文應(yīng)用堵塞模型對(duì)平板膜死端微濾含有單晶硅顆粒懸浮液的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了模擬和分析。首先推導(dǎo)了四種堵塞模型的函數(shù)關(guān)系式，非線性回歸得到了模型中的參數(shù)，模擬了恒速下TMP隨時(shí)間的增長(zhǎng)，

2、結(jié)果顯示，堵塞模型可以在一定程度上模擬整個(gè)微濾過(guò)程，但無(wú)法得到較精確的結(jié)果，在分析模型參數(shù)后發(fā)現(xiàn)，膜孔堵塞發(fā)生在微濾的初期時(shí)刻，絕大部分時(shí)間為濾餅過(guò)濾。鑒于上述結(jié)論，首先分析了實(shí)驗(yàn)濾餅的壓縮性，發(fā)現(xiàn)濾餅固含率隨著TMP的增大而增大，屬于可壓縮濾餅，建立了針對(duì)可壓縮濾餅微濾的增量分析模型，以跨膜壓差作為模型增量，采用Grace等提出的指數(shù)型函數(shù)式計(jì)算濾餅固含率，應(yīng)用Kozeny-Carman方程計(jì)算濾餅比阻，推導(dǎo)得到了死端恒速下增量分析模

3、型的模擬流程，TMP的模擬值和實(shí)驗(yàn)值吻合的較好。同時(shí)模擬了不同懸浮液濃度、不同滲透速度下TMP、濾餅固含率、濾餅比阻隨時(shí)間的變化情況。 對(duì)于錯(cuò)流微濾，本文分析了膜表面顆粒受力，發(fā)現(xiàn)對(duì)于微米級(jí)的顆粒，決定顆粒是否沉降在膜表面的力為滲透曳力和慣性升力，并且沉積到膜表面的顆粒將不會(huì)返回到懸浮液主體中，推導(dǎo)得到了顆粒受力模型的計(jì)算流程。計(jì)算了恒壓工況下不同TMP、懸浮液濃度、錯(cuò)流速度下滲透速度、濾餅厚度、臨界粒徑隨時(shí)間的變化情況。

4、 基于錯(cuò)流微濾的擴(kuò)散模型，建立了一個(gè)二維錯(cuò)流微濾的CFD模型，使用有限元軟件COMSOL對(duì)其進(jìn)行求解。采用Leighton提出的粘度函數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)采用反映布朗擴(kuò)散和剪切誘導(dǎo)擴(kuò)散的混合擴(kuò)散系數(shù)。模擬得到了非穩(wěn)態(tài)下膜表面處濃差極化層的形成過(guò)程，以及穩(wěn)態(tài)下不同顆粒粒徑、錯(cuò)流速度、滲透速度下膜表面處顆粒濃度場(chǎng)分布情況，計(jì)算了濃差極化層的阻力，和Romero和Davis的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)吻合較好。 本文建立了平板膜在不同操作工況