中空纤维膜萃取过程的研讨.pdfVIP

2008年12月 新膜过程研究与应用研讨会论文集 中空纤维膜萃取过程的研究 王玉军，戴猷元 (化学工程联合国家重点实验室(清华大学)，清华大学化学工程系，北京100084) 摘要-膜萃取是膜过程和液液萃取过程相结合的新的分离技术．中空纤维膜器可以提供非 常大的传质比表面积，在膜萃取过程中经常选用．从中空纤维膜器中流体的流动特性入手，研 究不同装填密度、不同装填情形下的流动特性，建立模型．以此为基础，可能从基本理论及膜器 结构入手，实现膜萃取过程的传质强化． 关键词：膜萃取；中空纤维膜器；流体流动特性；传质过程强化 固定膜界面萃取又称膜萃取，它是膜过程和液 的传质比表面积，故这类膜器经常选用． 液萃取过程相结合的新的分离技术．与通常的液液 设计和选用中空纤维膜萃取器时，建立管程分 萃取过程不同，膜萃取的传质过程是在分隔料液相 传质系数关联式、壳程分传质系数关联式和膜内分 和溶剂相的微孔膜表面进行的．例如，由于疏水微孔 传质系数关联式，从而计算出中空纤维膜萃取器的 膜本身的亲油性，萃取剂浸满疏水膜的微孔，渗至微 总传质系数是必要的．根据以往对滞流状态下流体 孔膜的另一侧，萃取剂和料液在膜表面接触，发生传 在管内及管外传质过程的研究结果，管内外各分传 质．从膜萃取的传质过程可以看出，作为一种新的分 质系数的求算可以采用无因次数群的关联式，其一 离技术，膜萃取过程有其特殊的优势【l叫]． 般形式为…5： 膜萃取过程不存在通常萃取过程中的液滴的分 散和聚合现象，可以减少萃取剂在料液相中的夹带 (1) 百kd=C(duu)4(号)卢(芒)r 损失；由于料液相和溶剂相各自在膜两侧流动，并不 形成直接接触的两相流动，因此在选择萃取剂时可 式中，k为分传质系数，m／s；d为管径，m；D为扩散 以对其物性要求大大放宽，使用高浓度的高效萃取 系数，mz／s；L为管长，m；“为流速，m／s；”为运动 剂；在膜萃取过程中，两相分别在膜两侧做单相流 粘度，m2／S；C、口、口、7为拟合参数． 动，使过程免受“返混”的影响和“液泛”条件的限制； 中空纤维膜萃取过程的研究表明，一般的操作 膜萃取过程可以实现同级萃取反萃，可以采用流动 条件下，两相的流动属滞流状态．利用式(1)，对疏水 载体促进迁移等措施，提高过程的传质效率． 膜器或亲水膜器的膜萃取实验数据进行关联，可以 膜萃取技术的研究工作自20世纪80年代初开获得在各种操作范围内的各分传质系数的关联式， 展以来，膜萃取技术的工艺过程研究，膜萃取器材料 其典型的关联式汇于表1．研究表明，在较小装填密 的浸润性及过程传质机理的研究，利用膜萃取实现 度的中空纤维膜器中的总传质系数K。的实测值和 同级萃取反萃的研究，流体在膜器中流型分布的研 按关联式求取的计算值进行比较，关联式的计算精 究以及膜器设计方法的研究等工作已逐步深入，膜 度是理想的． 萃取技术的应用领域已在逐步拓展． 从表1中的分传质系数关联式也可以看出，管 内的分传质系数的关联式均较为相似，而壳程流体 1 中空纤维膜萃取过程的各分传质系 的分传质系数关联式无论在常数项上还是在指数上 数关联式 都存在差异，这一差异产生的主要原因是由于不同 固定膜界面萃取过程可以在板式膜器和中空