聚丙烯中空纤维膜萃取低浓度醋酸水溶液的研究

论文摘要

膜萃取是膜过程与液液萃取相结合的一种新型分离技术。与传统的液液萃取过程相比,该过程具有一些特殊的优势,如没有相的分散和聚结过程,可以减少萃取剂在料液中的夹带损失,萃取效率高等。因此对膜萃取的应用研究具有很高的实用价值和一定的理论意义。在糠醛生产过程中会产生大量的低浓度醋酸废水,而此废水直接排放无疑会对环境造成严重的污染,因此本文尝试采用膜萃取技术处理醋酸废水以解决环境污染问题。本文选用一定比例的络合剂、稀释剂和调节剂配制成络合萃取剂,采用实验室热致相法制备的聚丙烯(iPP)中空纤维微孔膜和德国Membrana商用iPP中空纤维微孔膜对低浓度醋酸水溶液进行了膜萃取研究。测定了实验浓度范围内萃取剂对醋酸溶液的分配系数,考察了逆流方式下两相流速、初始醋酸浓度、接触时间和膜器串联对萃取效率和传质性能的影响,对膜萃取传质过程中的机理进行了讨论。本文采用iPP疏水微孔膜对低浓度醋酸水溶液进行了膜萃取实验研究,研究结果表明:对于采用Membrana商用iPP膜制成的膜器A,随着水相流速增大,萃取率逐渐降低,传质系数逐渐增大;随着有机相流速增大,萃取率和传质系数逐渐增大,说明其水相和有机相边界层阻力是控制传质的主要阻力。对于采用实验室热致相法制备的iPP中空纤维膜制成的膜器B,两相流速对膜器传质性能影响很小,并且其传质系数大约为膜器A的50%,说明膜阻是控制传质的主要阻力。随着初始醋酸浓度的增大,膜萃取率和传质系数逐渐降低。比表面积为61.9m~2/m~3的膜器单级萃取效率最高达到60.5%,随着膜组件串联级数的增加,醋酸萃取率呈线性增大的趋势。膜萃取传质单元高度HTUw较小,在0.1～0.6m之间,而萃取塔的HTUw一般大于0.5m,所以膜萃取用于处理稀醋酸是一种高效,节能的方法。在考察各种因素对膜萃取传质影响的基础上,求取了理论传质系数,传质系数的预测值和实验值在一定范围内吻合较好,偏差在14%左右。本研究的结果将为膜萃取处理低浓度醋酸废水的工程设计及付诸工业化应用提供理论指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 膜和膜分离
• 1.2 膜萃取
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 基础理论
• 1.2.3 膜萃取过程的设计
• 1.2.4 萃取用膜及其制备
• 1.2.5 膜接触器
• 1.2.6 膜萃取的应用研究
• 1.3 本论文课题的提出及研究内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验仪器与实验试剂
• 2.2 中空纤维膜的选择、制备及其性能
• 2.2.1 中空纤维膜的选择
• 2.2.2 膜性能
• 2.3 膜组件的制备
• 2.4 萃取体系分配系数的测定
• 2.5 中空纤维膜萃取实验
• 2.5.1 实验原理
• 2.5.2 实验装置和流程
• 2.5.3 实验方法
• 2.5.4 醋酸含量分析方法
• 2.6 萃取剂的回收
• 第三章 实验结果与讨论
• 3.1 萃取平衡实验
• 3.2 聚丙烯中空纤维微孔膜的耐溶剂性能
• 3.3 两相流速对萃取率和传质系数的影响
• 3.3.1 水相流速对萃取率和传质系数的影响
• 3.3.2 有机相流速对萃取率和传质系数的影响
• 3.4 初始醋酸浓度对萃取率和传质系数的影响
• 3.4.1 初始醋酸浓度对萃取率的影响
• 3.4.2 初始醋酸浓度对传质系数的影响
• 3.5 接触时间对萃取率和传质系数的影响
• 3.5.1 接触时间对萃取率的影响
• 3.5.2 接触时间对传质系数的影响
• 3.6 膜器串联对萃取率和传质系数的影响
• 3.6.1 膜器串联对萃取率的影响
• 3.6.2 膜器串联对膜器传质性能的影响
• 第四章 膜萃取传质模型
• 4.1 总传质系数
• 4.2 微孔中空纤维膜管内传质
• 4.3 微孔中空纤维膜膜内传质
• 4.4 微孔中空纤维膜器壳程传质
• 4.5 表面化学反应阻力
• 4.6 传质系数的预测值与实验值比较
• 第五章 结论
• 参考文献
• 主要符号
• 致谢