湍流促进器强化陶瓷膜微滤CaSO4悬浆液的研究

第26卷第1期2010年2月化学反应工程与工艺ChemicalReactionEngineeringandTechnologyVol2，No1Feb．2010文章编号t1001-7631(2010)O1一OO92一O5湍流促进器强化陶瓷膜微滤CaSO4悬浆液的研究沈志洵陈亚中崔鹏(合肥工业大学化学工程学院，可控化学与材料化工安徽省重点实验室。安徽合肥23000)摘要：研究了湍流促进器对19通道陶瓷膜微滤CaS04悬浆液过程的影响，优化湍流促进器的优化设计参数。确定螺旋式湍流促进器的强化效果较好。设置方式为内圈螺间距4mm，外径3．4mm和外圈螺间距8mm，外径3．4mm的组合式，螺旋湍流促进器的强化效果最佳，膜通量提高23．76，并有效地改善了膜通道内流体流动状态。关键词：湍流促进器l陶瓷膜；硫酸钙；微滤中图分类号：TQ028．8文献标识码：A膜污染是制约膜技术发展的关键因素之一，而CaCO。、CaSO等易在膜面结垢的无机物，已成为膜分离过程中常见的无机类污染物[J]。具有微溶特性的CaSO，易沉积在膜表面形成滤饼层，造成膜通量下降并缩短膜寿命[2]。控制CaSO所造成的膜污染是近年来国内外在该领域的研究热点[3]。控制膜污染有多种方法，包括原料液预处理、膜表面改性、改善膜表面的流体力学条件、附加场以及反冲等一系列方法]。本工作在l9通道陶瓷膜微滤CaSO悬浆液过程中，加入湍流促进器进行过程的强化，研究湍流促进器设计参数与设置方式对CaSO悬浆液微滤的影响，以达到提高微滤效率的目的。1实验部分1．I实验装置及流程实验装置及主要工艺流程如图1所示。悬浆液由3OL料液釜经泵进入膜组件，完成微滤分离后，截留液与渗透液分别通过转子流量计计量后回流至料液釜。元机陶瓷膜分离装置(IM-1—1型)购自南京九思高科技有限公司；a—AlO。陶瓷膜管(南京工业大学膜科学技术研究所)长度500mm，通道内径4mm，19通道，膜孑L径0．05m；无水硫酸钙为化学纯，平均粒径1．71m。1．2实验方法配制浓度为15g／L的CaSO悬浆液，操作压力为0．15MPa，错流速率1．45m／s，温度35℃，图1实验装置Fig。1Experimentalsetup1-tank；2-centrifugalpumpl3-ceramicmembrane；4。5-flowmeter收藕日期2009—09—28}修订日期：2009—12-10作者简介；沈志洵(1984一)，男，硕士研究生；崔鹏(1965一)，男，教授。通讯联系人。E-mail：cuipengl@hfut．edu．cn基金项目：国家自然科学基金(20876030)第26卷第1期沈志洵等．湍流促进器强化陶瓷膜微滤CaSO悬浆液的研究93在此条件下运行4h，考察湍流促进器各参数对微滤过程影响。CaSO浓度的测定依据中国国家标准GBI1899—8进行测定。膜通道中流体层流内层厚度的计算公式为：=5(1)“式(1)中为流体运动粘度，m。s；U为流体摩擦速度，m／s。，2膜通道中流体流动阻力损失hf计算公式为[8]：hf=(2)a厶式(2)中为摩擦系数；z为通道长度，m；d为通道内径，rn；“为流体速度，rn／s。2结果与讨论2．1湍流促进器类型的影响分别设计螺间距为8rnm、外径d。为3．4mm的缠绕式湍流促进器和螺旋式湍流促进器，其中缠绕式湍流促进器为将螺旋形组件缠绕在外径为2mm螺杆上所形成的整体组件，而螺旋式湍流促进器仅为一螺旋形组件，内无固定螺杆，湍流促进器设计结构及放置方式分别见图2，考察湍流促进器结构对膜通量的影响，结果见图3。Winding图2湍流促进器结构及其在膜通道中的放置方式Fig．2TheturbulencepromoterSstructureandthewayofplacementinmembranechannel34图3湍流促进器结构对膜通量的影响Fig．3EffectoftheturbulencepromoterSstructureonthepermeationflux由图3可以看出，在无湍流促进器作用的微滤过程中，通量在微滤起始阶段随时间有明显下降趋势，与膜纯水通量相比，通量下降16．7，表明微滤过程中存在一定程度的膜污染。而在湍流促进器的作用下，该现象随即消失，通量有所提高，表明膜污染得到有效控制。由表1结果可看出，缠绕式和螺旋式湍流促进器可将膜通量从947(L·1TI。)／h分别提高20．2和20．6％，同时渗透液中CaSO的浓度C1．CaSO相应增大。表1湍流促进器不同结构对微滤及流体力学性能的影响Tab．1EffectoftheturbulencepromoterSstructureonthemicrofiltrationandhydrodynamicsperformance通