分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)

分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
气相传质阻力系数
1 1 1 1 Kg kig kimHi kilHi
1 Hi 1 1 Kl kig kim kil
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气相传质阻力系数
• 对微溶气体
1 1 1 1
Kg kim kil Hi
分离技术概论 —膜接触器(膜吸收、膜萃 取与膜蒸馏)
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
主要内容
• 膜吸收 • 膜萃取 • 膜蒸馏
分离技术概论—膜接触器(膜吸收、膜萃取与膜蒸馏)
膜接触器种类
• 膜接触器以多孔的疏水或亲水膜作为 传递介质，并与气体吸收、液体萃取、气
提、蒸馏等过程相结合的一种新型的膜分
N i k i gp i g b p i m i k i m p i m i p i i
kil C ii C ilb
气体i以串联形式扩散通过气相膜、被气体充满的膜孔，以及液相膜三个区 域
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▪ 气相传质通量与总传质系数关系
N i K g p ig b p i * K lC i * C ilb
对易溶气体Hi要大好几个数量级，可以想 象，总阻力有一个极限状态
1 11 Kg kig kim
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液相总传质系数
• 对许多气体的膜吸收或气提，液相总传质系 数Kl类似于Kg表示
1 Hi Hi 1 Kl kig kim kil
• 对微溶气体 1 1
Kl
孔被气体充满，那么膜传质系数取决于气体在膜
孔中的扩散机制。
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膜传质阻力系数
• 当膜孔半径与气体平均自由程之比，
• r p 远小于1。
1
• 式中，
Kim
2rp 3
8RT
Mi
2 m ml
• Mi为物质i的气体分子量，在接近大气压及膜 孔径近似为0.01下时，气体i在膜孔中为Knudsen 流占主要地位。
• 式中，Kg为气相传质系数，Ke为液相传质系数，
• 式中 ，C ilb H ipi*,C i*H iP igb
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气相传质总阻力系数
1 11 1 Kg kig kim kilHi
式中，气体传质总阻力为气相膜阻力，膜 阻力及液相膜阻力之和。
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生物医学工程中的应用
• 应用器件
•
血液供氧器
•
膜式氧合器（人工肺）
•
生物人工肝等
• 功能
•
实现02和C02的传递
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中空纤维氧合器
血液
中空纤维 编织线
气体
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氧合器的种类
离技术。
• 按气液传递方式有：
•
气液型、液气型、液液型等三种；
• 按作用机理可分为：
•Biblioteka Baidu
膜吸收、膜萃取、膜气提、膜蒸馏等。
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膜接触器的特征
通过膜的多孔性与疏水性（或亲水性）， 将汽液二相隔开，气液接触在膜界面上实 现；
无论流率多低，所有膜表面都能有效地 进行气液接触，且接触界面很大；
总传质系数与局部传质系数 关系
• 对于这种膜过程的总传质系数与局部传质 系数之间的关系可表示为
N i k i g p i g b p i m i k i m C i m i C i i k i lC i i C i l b
• 以总传质系数表示
N i K gp ig b p i* K lC i* C ilb
微孔充满气体的膜吸收
•
物质i的膜吸收或气提速率可用局部传
质速率或总传质速率系数表示。
• 气体i通过不能湿润的疏水多孔膜的局 部界面传质速率及浓度分布气体i以串联形 式扩散通过气相膜、被气体充满的膜孔，
以及液相膜三个区域，其通量及局部传质
系数可表示。
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气体通量及局部传质系数 关系
• 对易溶气体，由于具有瞬间反应的吸收和高浓度 的吸收剂，膜阻力也可以忽略，因此总阻力会比 较低
11 K g k ig
1 Hi K l k ig
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膜阻力系数
• 如果膜孔被吸收液体润湿，则膜的传质阻力系数 可表示为
• 式中，
Kim
Dil m ml
• Dil为物质i在吸收液体中的扩散系数，如果膜
气体和液体流率能相互独立地改变而不 产生液泛、滴漏、泡沫等现象。
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膜接触器的三种典型型式
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多孔与无孔膜接触器的作用机理
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膜基吸收
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膜基吸收
• 以多孔的疏水或亲水膜作为传递介质，并 与气体吸收过程相结合的一种新型的膜分 离技术。
• 能进行气体的吸收或气提，有两种操作方 式：
•
气体充满膜孔，
•
吸收剂充满膜孔。
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疏水膜基吸收过程压力与浓度分 布
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k il
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微孔充满吸收溶剂的膜吸收
• 膜吸收或气提过程也可用充满吸收水剂的 微孔膜来实现，在这种情况下，不管膜是 疏水或亲水的，只要膜能被吸收剂润湿即 可。
•
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亲水膜基吸收过程压力与浓度分布
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氧合器种类 中空纤维膜式、 卷式、平板折叠式、 盘式等多种型式;
• 其中卷筒式、平板折叠式、盘式等均为早 期采用。
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膜传质阻力系数
• 对大孔膜和气体压力较高时，如果 r p >1， 那么气体在膜孔中为粘性流，当为0.1-0.45 时，在低压下，气体在膜孔中呈过渡流。
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膜基吸收过程的应用
生物医学工程、 生物发酵工程、 环境保护、 航空、航天。