【摘要】：正滲透過程中,通過改變膜面的剪切力可以減緩濃差極化并控制膜污染。為了獲取更多的膜面水力學特性的信息,提高正滲透過程的滲透性能,本研究提出一種基于光柵傳感技術的正滲透膜面剪切力分布測量的方法,并結合計算流體力學對膜面的流場分布進行分析及優(yōu)化,探討入口流速、流動方向、單側(cè)流速對剪切力分布及滲透性能的影響。結果表明,FBG傳感技術可用于監(jiān)測FO過程中膜邊界的水力學特性,提供更多有效的過濾過程的信息,主要得出如下結論:(1)FO組件內(nèi)部存在不均勻的流場分布特征。CFD模擬結果表明,組件的結構設計影響了膜面最大速度位置及回流區(qū)的分布,使平板FO膜表面呈現(xiàn)出區(qū)域化的差異。(2)膜面剪切力呈現(xiàn)空間分布的不均勻變化,操作條件的設計需要協(xié)調(diào)膜兩側(cè)ECP和ICP的作用。FBG結果表明,滲透壓不會直接造成FBG波長發(fā)生變化。沿著FO膜表面,剪切力在空間上呈現(xiàn)分布的不均勻特征,這將直接導致滲透通量的變化;膜面中間位置的剪切力較高,這使膜面特定位置出現(xiàn)較高的擴散負載。增大入口流速能有效的改善膜面各位置的沖刷作用,但單純增加剪切力并不能更好的減緩濃差極化,獲得更高的水通量,這主要是由于高FS和DS剪切力會顯著增加溶質(zhì)向支撐層內(nèi)部的擴散,增加了ICP對FO滲透過程的影響。(3)逆流模式表現(xiàn)出更好的水力學特性,作為最優(yōu)的操作條件。與并流模式相比,逆流模式形成的剪切力更大、水流的沖刷頻率更快,且剪切力的分布更均勻。同時在逆流模式下,通過增加膜兩側(cè)的剪切力能有效地改善膜通量,這是由于較高的傳質(zhì)速率使膜兩側(cè)的滲透壓相對較大且更均勻,能夠提高膜表面的利用率,獲得更高的滲透通量。(4)單側(cè)膜面剪切力的增加會對膜兩側(cè)的濃差極化產(chǎn)生不同的影響。單獨增加FS側(cè)或DS側(cè)流速,會使膜面的應力分布發(fā)生變化,從而導致膜面濃度分布的變化,改變水通量。FS側(cè)剪切力的增加,降低膜面附近處溶液的濃度,達到減緩外濃差極化的效果;但增加DS側(cè)剪切力加速了溶質(zhì)向支撐層內(nèi)部的擴散,雖然降低了RSF,但累積在支撐層內(nèi)部的溶質(zhì)嚴重加劇了內(nèi)濃差極化,會對FO滲透過程產(chǎn)生不利的影響。
【學位授予單位】：天津工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ051.893;X703
【圖文】：

天津工業(yè)大學碩士學位論文程的發(fā)生，汲取液得到稀釋，滲透壓減小，原料液得到濃縮，滲透壓增加，ＡＴＴ等于０時滲透過程結束［９￣］。逡逑根據(jù)滲透原理，滲透過程的的水通量ａ）可由等式（ｌ－ｉ）表示：逡逑？７＝＾（Ａ；ｒ邋－邋ＡＰ）邐（邋２－１）逡逑其中，Ｊ是膜的純水滲透系數(shù)，Ｌ／（ｍ２＊ｈ＊ｂａｒ）；邋Ａｔｔ是膜兩側(cè)溶液的滲透，ｂａｒ；邋ＡＰ是膜兩側(cè)的液壓差，ｂａｒ；邋Ｊ是滲透過程產(chǎn)生的水通量，Ｌ／（ｍ２＊ｈ）水通置

１．１．３正滲透技術的應用逡逑Ｆ０由于其潛在的優(yōu)勢被廣泛應用�。鱾�領域，：丨－：要包括水、能源和生命科逡逑學－：個方面，如圖１－３所示。水處理領域主要包括海水／咸水淡化和廢水處理，逡逑能源領域主要是壓力阻尼滲透（ＰＲＯ）發(fā)電，生命科學領域有滲透藥物輸送、Ｋ逡逑藥產(chǎn)品濃縮、食品加工等＞７。蘇中，美ＷＨＴＩ公Ｍ研發(fā)的正滲透應急水袋在緊逡逑總救援和軍事等方面發(fā)揮gq要的作⑴，己經(jīng)批黛生產(chǎn)：Ｆ０滲透泵也在醫(yī)藥行業(yè)逡逑研究中得到應用，滲透泵注射器利用滲透過程汲取液體積增大推動活塞擠壓藥物，逡逑可以達到緩慢注射的效果：１３￣。逡逑－５逡逑

４正滲透過程中內(nèi)外濃差極化原理圖：（ａ）邋Ｆ０模式；（ｂ）邋ＰＲＯ模式。Ａ；ｒ，理Ａ４ｆｒ，實際滲透壓；＆ｂ，原料液的滲透壓；〃ｂ，ｂ，驅(qū)動液的滲透壓；，原料的滲透壓，汲取液膜面的滲透壓；＾活性層與支撐層交界面處的滲透濃差極化是導致ＦＯ過程中水通量降低的主要原因，需要采取相應的差極化的影響。減輕外濃差極化與內(nèi)濃差極化的方法有所不同。外濃于膜外表面溶質(zhì)累積使膜面濃度提高，只需降低膜面位置處的濃度即，Ｍ于可恢Ｍ過程，可通過降低原料液濃度或改變膜面附近原料液側(cè)條件得到改善，主要的方法有：逡逑（１）增加錯流速度。提高膜表面的錯流流速和剪切力，加速主體溶的溶質(zhì)傳遞，減少溶質(zhì)在膜面的累積，但是過大的流速也會增加能耗，擇合適的操作流速時，需要兼顧能耗與減緩濃差極化效果兩方面的因優(yōu)的錯流速度［４１］：逡逑（２）采用湍流促進器。通過增加湍流促進器，可以提高膜面的湍流膜界面處的濃度，達到減緩濃差極化的效果；４２］；逡逑

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本文編號：2804066