中空纤维膜制备及分离提纯乙炔工艺研究

摘要

本文采用膜吸收法对等离子体裂解煤混合气中的乙炔进行吸收纯化，以 N-甲基吡咯烷酮（NMP）为吸收剂，考察了不同膜材料、操作条件对膜接触器吸收乙炔性能的研究，建立数学模型，对乙炔在膜接触器中的传质进行研究。通过干湿相转化法制备了CS/PEO中空纤维膜，考察了P EO添加量对CS/P EO共混膜的影响，对膜进行了表征和评价，结果显示，当 PEO/CS为1/10时，膜性能较优，膜的断面指状孔较多且较大，拉伸应力为5.55MPa，弹性模量为128.45 MPa，泡点压力为0.098 MPa，孔隙率为65.34％，气体渗透通量为1.97×10-4 mL/(cm2·s·Pa)。为进一步改善膜的性能，考察了凝胶浴流速对CS/PEO共混膜的影响，结果显示当凝胶浴流速为7.5 mL/min时，膜断面的指状孔进一步增大、增多、贯穿性增强，泡点压力为0.082 MPa，气体渗透量为3.39×10-4 mL/(cm2·s·Pa)。采用长度为20 cm的CS/PEO中空纤维膜接触器进行乙炔吸收性能测试，结果显示，当乙炔进气浓度为8%，气相流速为0.21 m/s，液相流速为0.0799 m/s时，乙炔的传质速率为1.734 mol·m-2·h-1，吸收率为79.6%。
　　本研究采用PTFE中空纤维膜接触器对乙炔进行吸收纯化，考察了气液相流速，进料气中乙炔浓度，管件长度等对乙炔传质的影响，结果表明，当液相流速为0.0167 m/s，气相流速为0.4739 m/s，进气浓度为8%，管件长度为30 cm时，乙炔传质性能较优，乙炔传质速率为1.222 mol·m-2·h-1，吸收率为92.79%；对乙炔吸收-热解析循环工艺进行研究，结果显示，在114 h之内，PTFE中空纤维膜接触器对乙炔的吸收率可维持在90%以上。建立数学模型，将模拟值与实验值进行拟合，拟合误差小于10%，可用于对乙炔传质进行预测分析。通过数学模型对乙炔在膜接触器中的传质进行研究，结果显示，膜的润湿程度随着液相流速的增加而增加，随着气相流速的增加而被抑制；在乙炔传质过程中，液相阻力和湿膜相阻力控制着乙炔的传质；与PTFE膜相比，CS/PEO中空纤维膜更易被润湿，膜的吸收性能较易恶化；随着管件的增加，膜的润湿程度增加，膜的吸收性能降低。

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第一章 文献综述

1. 1 乙炔分离纯化

1. 2膜吸收技术研究进展

1. 3 气体传质模型研究进展

1. 4 膜材料

1. 5课题立题意义与研究内容

第二章 实验部分

2. 1 实验试剂与原料

2. 2 实验仪器

2.3 CS/PEO中空纤维膜制备

2. 4 中空纤维膜表征

2. 5 中空纤维膜吸收分离乙炔性能研究

2. 6气相色谱检测条件

第三章CS/PEO中空纤维膜制备及对乙炔吸收性能研究

3. 1 结果与讨论

3.2 CS/PEO中空纤维膜吸收纯化乙炔

3. 3 小结

第四章 PTFE中空纤维膜吸收纯化乙炔性能研究

4. 1 结果与讨论

4. 2 小结

第五章 中空纤维膜接触器分离乙炔模型研究

5. 1 部分润湿串联阻力模型建立

5. 2 乙炔吸收效率推导

5. 3 结果与讨论

5. 4 小结

第六章 结论与展望

6. 1 结论

6. 2 展望

参考文献

致谢

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