卷式扩散渗析膜组件的优化设计和应用基础研究

基本信息
批准号:21276247
项目类别:面上项目
资助金额:70.00
负责人:冯红艳
学科分类:
依托单位:中国科学技术大学
批准年份:2012
结题年份:2016
起止时间:2013-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李传润,杨伟华,见玉娟,张旭,王虎传,罗婧艺,陶振,刘亚飞,汪桂芳
关键词:
卷式膜组件离子交换膜数学模型酸回收扩散渗析
结项摘要

According to the shortages of the traditional plate-and-frame diffusion dialysis membrane module, the design, manufacture and mass transferring behavior of spiral wound diffusion dialysis membrane module will be carried out. This subject emphasizes on the geometric model, flow model, mass transferring model and application effect in the spent acid recovery process of spiral wound diffusion dialysis membrane module.The flow model of spiral fluid in spacer under low pressure, the mass transferring model of membrane diffusion dialysis under turbulent conditions and the spiral wound geometric model of membrane module will be built up respectively. In order to obtain the dependency of separation performance of spiral wound diffusion dialysis on its geometric configuration, size and operation parameters, the correlative computational simulation and experimental verification will be performed. Consequently, optimized design of membrane module and specific engineering application of acid recovery will be guided. The independent intellectual property for preparation and application of spiral wound diffusion dialysis membrane module is expected to be formed by this subject. The research not only has great significance to the development of diffusion dialysis process but also has important reference to the design of spiral wound membrane modules for nanofiltration, reverse osmosis, ultrafiltration, membrane distillation, as well as other membrane processes. Furthermore, the actual and theoretical basis for large-scale application of ion exchange membrane technology in the relevant industries such as environmental protection and resource recovery will be established.

本课题针对传统板框式扩散渗析组件的不足,开展卷式扩散渗析膜组件设计、制作和传质行为研究,重点研究卷式扩散渗析膜组件的几何模型、流动和传质模型以及在废酸回收过程中的应用效果;将分别建立低压下隔网内螺旋式流体流动相关理论模型、湍流条件下的膜扩散渗析传质理论模型、膜组件螺旋缠绕几何模型,并进行相关的计算模拟和实验验证,以期获得卷式扩散渗析膜组件的分离性能对其几何构型、尺寸及操作参数的依赖关系,从而指导膜组件的优化设计和具体酸回收工程应用。通过本课题的研究,有望形成拥有我国自主知识产权的螺旋卷式膜组件的制备和应用技术,不仅对扩散渗析过程具有重要意义,对纳滤、反渗透、超滤、膜蒸馏等卷式膜组件的设计也具有重要借鉴价值,可为离子膜技术在我国相关产业的环境保护和资源回收方面的大规模应用奠定坚实的物质和理论基础。

项目摘要

设计了一种全新的扩散渗析组器——螺旋卷式扩散渗析膜组件,并对其进行结构优化和工业化应用研究,实现了该膜组件的批量制备。基于阿基米德螺线,建立了螺旋卷式扩散渗析膜组件的几何模型,并对其进行了模型验证,误差小于1%;对螺旋卷式扩散渗析膜组件的传质模型进行了讨论分析,提出总传质系数的表达式。将制作的卷式扩散渗析膜设备用于模拟钢铁酸洗废液(HCl/FeCl2)、钛白废酸液(H2SO4/FeSO4)、化成箔废酸液(HCl/AlCl3)、氨基酸生产过程废酸液(HCl/氨基酸)等酸回收过程测试。通过本项目获得的研究结果可为扩散渗析卷式膜组件的规模化制备和应用奠定实验和理论基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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