【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種用于潤濕模式下吸收低濃度氣體的多通道陶瓷膜傳質性能預測方法，屬于氣體捕集技術與膜吸收。
技術介紹
1、酸性氣體如二氧化碳(co2)或二氧化硫(so2)的分離一直是國內外學者關注的話題之一，特別是低濃度的酸性氣體由于其傳質的驅動力極低，導致其分離成本巨大，因此迫切需要開發高效的低濃度酸性氣體分離技術。具有高選擇性的化學吸收劑近年來被廣泛應用于酸性氣體吸收領域，傳統的化學吸收工藝使用的吸收設備為填料塔，但存在比表面積小，傳質效率低等問題。相對于吸收塔而言，膜接觸器由于具有較高氣液比、操作彈性、傳質界面穩定、傳質比表面積高、易于模塊化設計放大等優勢，且能有效解決霧沫夾帶、氣液接觸界面不穩定等問題，近年來被廣泛研究應用于co2、so2的吸收。
2、考慮到在分離過程中氣相的分子擴散速率遠大于液相，因此對膜吸收的研究工作主要集中在疏水性膜接觸器上。經研究表明，對于高濃度或者中等濃度的co2、so2吸收，疏水性膜接觸器擁有良好的應用前景，但對于低濃度的co2、so2吸收，酸性氣體在待處理氣體中的濃度已經很低，在通過疏水膜的孔隙擴散到液-膜邊界后濃度將變得更低，從而限制了co2的傳質。因此提出使用親水性膜接觸器應用于低濃度氣體的吸收，當使用化學吸收劑以親水模式(液體充滿孔隙)吸收低濃度氣體時，充滿孔隙中未反應的吸收劑消耗緩慢，同時未反應的反應物和產物通過膜孔在液體中擴散，在孔隙和液相主體之間不斷更新，不僅解決了疏水性膜接觸器膜潤濕的問題，更提高了吸收效率。目前親水性膜接觸器在低濃度氣體吸收中的可行性已經在我們之前的
3、陶瓷膜由于具有高機械強度和化學穩定性，同時本身具有親水性，有利于處理具有腐蝕性的化學吸收液來吸收co2。單管式陶瓷膜幾何形狀簡單但比表面積低，多通道式陶瓷膜相對于單管式陶瓷膜堆積面積更大、機械強度更高，相對于單管陶瓷膜更有優勢，但幾何結構相對復雜。目前商用的多通道陶瓷膜均以截留為主，并不適用于氣體吸收，多通道陶瓷膜中特定的通道對總傳質通量的貢獻是不平等的，其中心通道到膜管外表面的距離比其他通道的距離長，因此膜相傳質阻力更高，導致中心通道的吸收效果不佳，所以在多通道陶瓷膜中增大通道數即增大接觸面積并不意味著吸收性能提高，故針對低濃度氣體吸收體系，如何設計優化多通道陶瓷膜的構型是其進一步發展的瓶頸。
4、通過建立模型和模擬有助于預測多通道陶瓷膜的吸收性能，優化多通道陶瓷膜結構。傳統的一維和二維建模方法無法對具有復雜幾何結構的多通道陶瓷膜的傳質性能進行建模，雖然建立三維模型可以有效地預測多通道親水性陶瓷膜接觸器的傳質性能，但也存在一些缺點，包括建立三維模型的較高計算成本，以及無法直觀地顯示幾何構型與其傳質性能的關系。因此，提出一個簡化模型來預測多通道陶瓷膜的傳質性能非常重要。
技術實現思路
1、針對現有多通道陶瓷膜在氣體吸收中的缺陷，本專利技術提供了一種用于潤濕模式膜吸收低濃度氣體的多通道陶瓷膜結構計算方法，通過提出一個簡化的三維模型來預測多通道陶瓷膜的傳質效率，該模型有助于縮減模型計算時間和計算成本，優化目前商有的多通道陶瓷膜結構，構建適用于低濃度氣體吸收的多通道陶瓷膜構型，為多通道陶瓷膜的結構優化提供理論指導和技術支持。
2、本專利技術所采用的技術方案為：
3、一種用于潤濕模式下吸收低濃度氣體的多通道陶瓷膜傳質性能預測方法，包括如下步驟：
4、步驟1、根據多通道陶瓷膜尺寸構建簡化的單管式陶瓷膜的三維幾何模型；
5、步驟2、計算校正因子f，校正因子f滿足下式：
6、
7、式中，l為多通道陶瓷膜模型各通道中心至膜外層邊界距離的均值，mm；r為多通道陶瓷膜模型外圈通道半徑，mm；n為多通道陶瓷膜通道數；a～d均為常數；
8、步驟3、計算傳質系數kl，傳質系數kl滿足下式：
9、
10、式中，da-liquid是吸收劑a在液體中的擴散系數，m2·s-1；ε是孔隙率；τ是曲折因子；lm是膜厚，mm；所得傳質系數kl即為多通道陶瓷膜的吸收劑傳質系數。
11、優選地，所述的多通道陶瓷膜、單管式陶瓷膜的膜材料均為多孔氧化鋁、多孔氧化鈦、多孔氧化鋯或者多孔氧化硅。
12、優選地，所述的多通道陶瓷膜為非對稱多通道陶瓷膜。
13、優選地，所述的單管式陶瓷膜的三維幾何模型包括膜層構型以及管層構型。
14、優選地，所述的單管式陶瓷膜的三維幾何模型的外徑、膜長度與多管式陶瓷膜的外徑、膜長度相同。
15、優選地，所述的單管式陶瓷膜的三維幾何模型的內徑滿足下式：
16、
17、式中，r為單管式陶瓷膜三維幾何模型通道半徑，mm；r1為多通道式陶瓷膜模型中間通道半徑，mm；r2～rn為多通道式陶瓷膜模型其他通道半徑，mm；n為多通道陶瓷膜通道數。
18、本專利技術的有益效果在于：
19、本專利技術采用的膜材料為陶瓷膜，其本身就具有很好的親水性；并且陶瓷材料具有很好的耐堿性吸收劑能力，孔結構及性質在吸收體系中能保持穩定性。
20、本專利技術針對目前一維和二維建模方法無法對具有復雜幾何結構的多通道陶瓷膜的傳質性能進行建模的問題，提出一種三維簡化模型，一方面可以利用更少計算時間和計算成本預測多通道陶瓷膜的傳質性能，另一方面可以通過三維模型直觀地顯現多通道陶瓷膜結構對傳質性能的影響。
21、本專利技術提出一種簡化模型來預測多通道陶瓷膜的傳質性能，通過在單管式陶瓷膜模型中引入校正因子f，以此來計算預測多通道陶瓷膜的傳質性能，節約模型計算時間和計算成本。
22、本專利技術通過簡化模型可以用于計算并優化多通道陶瓷膜結構，并可以對膜組件進行模塊化設計，有利于設備放大應用。
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1.一種用于潤濕模式下吸收低濃度氣體的多通道陶瓷膜傳質性能預測方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種用于潤濕模式下吸收低濃度氣體的多通道陶瓷膜傳質性能預測方法，其特征在于，所述的多通道陶瓷膜、單管式陶瓷膜的膜材料均為多孔氧化鋁、多孔氧化鈦、多孔氧化鋯或者多孔氧化硅。
3.根據權利要求1或2所述的一種用于潤濕模式下吸收低濃度氣體的多通道陶瓷膜傳質性能預測方法，其特征在于，所述的多通道陶瓷膜為非對稱多通道陶瓷膜。
4.根據權利要求1所述的一種用于潤濕模式下吸收低濃度氣體的多通道陶瓷膜傳質性能預測方法，其特征在于，所述的單管式陶瓷膜的三維幾何模型包括膜層構型以及管層構型。
5.根據權利要求1或4所述的一種用于潤濕模式下吸收低濃度氣體的多通道陶瓷膜傳質性能預測方法，其特征在于，所述的單管式陶瓷膜的三維幾何模型的外徑、膜長度與多管式陶瓷膜的外徑、膜長度相同。
6.根據權利要求1所述的一種用于潤濕模式下吸收低濃度氣體的多通道陶瓷膜傳質性能預測方法，其特征在于，所述的單管式陶瓷膜的三維幾何模型的內徑滿足下式：<...
【技術特征摘要】
1.一種用于潤濕模式下吸收低濃度氣體的多通道陶瓷膜傳質性能預測方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種用于潤濕模式下吸收低濃度氣體的多通道陶瓷膜傳質性能預測方法，其特征在于，所述的多通道陶瓷膜、單管式陶瓷膜的膜材料均為多孔氧化鋁、多孔氧化鈦、多孔氧化鋯或者多孔氧化硅。
3.根據權利要求1或2所述的一種用于潤濕模式下吸收低濃度氣體的多通道陶瓷膜傳質性能預測方法，其特征在于，所述的多通道陶瓷膜為非對稱多通道陶瓷膜。
4.根據權利要求1所述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：符開云，張慧平，郭云昭，邱鳴慧，陳獻富，范益群，
申請(專利權)人：南京工業大學，
類型：發明
國別省市：
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