第57卷第2期 2021年2月氯 碱工业
Chlor-Alkali Industry
Vol.57, No.2
Feb. , 2021
【材料与设备】
陶瓷膜过滤性能的影响因素
李春颖*
(唐山三友氯碱有限责任公司,河北唐山063305)
[关键词]陶瓷膜过滤器;盐水;固含量;孔径;温度;膜通量
[摘要]研究了氯化钠盐水温度、盐水中固含量和陶瓷膜孔径对陶瓷膜过滤器过滤性能的影响,结果显示: 盐水中含固质量分数在2% ~22%变化时,陶瓷膜通量无明显变化;盐水温度升高,膜通量增大,但对颗粒物截留效 果无明显影响;10 n m孔径的陶瓷膜通量较40、50 n m孔径的陶瓷膜通量小,陶瓷膜对颗粒
物A(粒径5 ~40 p m)和B(粒径0.3 ~4 jtm)的截留效果与膜孔径有较大关系。
[中图分类号]TQ114. 15 [文献标志码]B[文章编号]1008 -133X(2021)02 -0040-04
Factors affecting the filtration performance of ceramic membrane
LI Chunying
(T angshan Sanyou Chlor-Alkali Co.,Ltd. ,Tangshan 063305,C h in a)
K ey w ords:ceram ic m em brane filte r;b rin e;solid co n ten t;pore siz e;tem p eratu re;m em brane flux
Abstract:The effects of sodium chloride brine tem p eratu re,solid content in brine and pore size of ceram ic m em brane on the filtration perform ance of ceram ic m em brane filter were studied.The results showed that there was no obvious change in the flux of ceram ic mem brane when the m ass fraction of solid in brine was betw een2%and22%.W ith the increa in brine tem p eratu re,the m em brane flux in c re a d,but the tem perature increa had no obvious effect on the particle retention effect.The flux of ceram ic m em brane with pore size of 10 nm was sm aller than that of ceram ic m em brane with pore size of 40and 50nm.The effect of ceram ic m em branes retaining pa
rticles A(particle size 5-40(x m)and B (p artic le size 0. 3 -4(x m) was cloly related to the m em brane pore size.
陶瓷膜过滤器是一种用于分离、浓缩和提纯的装置,它以膜两侧的压差为驱动力,使小分子物质选择性透过,颗粒悬浮物等大分子被有效截留。它具有化学稳定性强、耐高温、能耗低等优点,广泛应用于能源、电子、石油化工、生物发酵、食品、水处理等各个领域。
陶瓷膜过滤方式主要有错流过滤和死端过滤两种形式。死端过滤是指原料液进人膜通道后,依靠静压作用,滤出液以一定的速率向膜外渗透,而杂质粒子被截留于膜内的过程。错流过滤是原料液由一端进人膜通道后,在膜表面错流流动,部分小于膜孔径的物料通过微孔进人渗透侧产生滤出液,其余浓缩液则连同冲刷附着膜表面的杂质一同流出。下面主要针对错流过滤的陶瓷膜进行研究。
陶瓷膜过滤原理包括膜的物理截留、膜与颗粒之间的静电斥力、膜表面或膜孔表面对颗粒物的吸附作用m,其过滤性能受膜表面的过滤层和料液参数的影响。膜表面过滤层可有效截留料液中粒径接近或大于膜孔径的颗粒物,因此,过滤含有不同粒径颗粒物的料液时,陶瓷膜过滤层孔径对过滤效果起决定性作用W。料液参数,如pH值、温度、粒径、固 含量,对过滤过程和传质过程产生较大影响,从而导致膜通量及污染机制发生变化。确定不同因素对陶瓷膜过滤性能的影响,对开发膜过滤技术在不同料液体系的工业化应用意义重大。
本文中主要研究氯化钠盐水温度、盐水中固含
*[作者简介]李春颖(1989—),女,工程师,2015年毕业于燕山大学化学工程专业,现于唐山三友氯碱有限责任公司从 事新产品的研发与新技术应用工作。
[收稿曰期]2020-05 -14
40
含固量2%
〇-含固量12% -a -含固量22%
颗粒物A 和B 的陶瓷膜孔径。
1.3.3温度对陶瓷膜过滤效果的影响
采用颗粒物质量分数22%的料液,利用40 nm 孔径陶瓷膜进行过滤,探究温度分别在55、60、65 的情况下对陶瓷膜过滤性能的影响。
1.3.4清洗效果对陶瓷膜过滤效果的影响
陶瓷膜膜孔被大颗粒污染后,为恢复陶瓷膜性 能,使用一定浓度盐酸清洗,考察清洗后膜通量。1.4检测方法
上述试验中,为检测过滤后清液中的固含量,在 清液中加人适量溶解颗粒的成分,检测A 离子和B 离子含量的变化。采用滴定法和IC P 法测试颗粒物
离子含量,因试验中离子含量较低,滴定法均无法检 出,所有结果为I C P 测试结果。2
结果分析与讨论
2.1料液固含量对陶瓷膜过滤性能的影响不同固含量料液经陶瓷膜过滤后,通量变化如
图2
所示。含固质量分数2%时,平均通量为535 L /(m 2 • h )(以下简称LMH );含固质量分数为12%
时,平均通量为535 LMH ;含固质量分数为22%时, 平均通量为520 LMH 。随着料液固含量的增加,陶 瓷膜的通量未发生明显变化。这可能由于料液固含 量增加后,黏度变大,剪切力增加,可有效移除沉积 在陶瓷膜表面的固态颗粒物,因此,料液固含量变化 未对陶瓷膜通量造成明显影响。
0 10 20 30 40 50 60 70
时间/min
图2不同固含量料液对通量的影响
Fig. 2 Effect of solid content on flux
不同固含量料液的过滤效果如图3所示。由图 3可知:不同固含量的料液经陶瓷膜过滤后,颗粒A
离子质量分数均降低至1 x 1(T 6以下,颗粒B 离子
质量分数均降低至l x l (T 7以下。随着固含量的增嫉恶如仇
加,颗粒
A 和
B 离子含量变化不明显。由
此可知,
陶瓷膜可有效去除料液中的颗粒物,且料液中颗粒 物含量对颗粒物的去除效果无明显影响。
2.2陶瓷膜孔径对过滤性能的影响
颗粒物质量分数22%的料液,分别经10、40、50
nm 孔径的陶瓷膜过滤,其通量变化如图4
所示。随
41
量和膜孔径变化对陶瓷膜通量及截留率的影响,分 析变化原因,掌握变化趋势,为陶瓷膜在不同体系工 业化应用提供理论依据和数据支撑。1
试验部分 1.1试验原料
陶瓷过滤膜:试验所用陶瓷膜为管式陶瓷膜,膜
孔径分别为50、40、10 n m ,支撑体为a - A 1203,过滤 面积 0.53 m 2。
试验用料液:本次试验所用料液为含有两种大 颗粒(粒径分别在5 ~ 4〇 p m 的A 颗粒、0• 3 ~ 4 pm 的B 颗粒)的氯化钠溶液,料液中颗粒含量见表1。
表1
试验用料液中颗粒物含置统计表国外论坛
Table 1 Statistics of particle content in test solution
样品名称/)(颗粒 A)/(m^/L)
p (颗粒 B)/(mg/L)
p H 值固含量2%的料液170.5121.611.29固含量12%的料液731.4260.211.33固含量22%的料液
1 283.6
395.4
11.42
1.2试验流程
采用工业化条件进行连续性试验,将300 L pH 值9左右的料液加入陶瓷膜循环罐内,由循环栗加 压输送至陶瓷膜内过滤,过滤后的清液运行压力
0.3 ~0. 35 MPa 。工艺流程如图1所示。定期记录 产水时间、产水量、总产水量、进膜压力、出膜压力和 操作温度。计算陶瓷膜通量变化,检测颗粒A 、B 含 量的变化。
"受
循环罐图1
陶瓷膜过滤工艺流程简图理发怎么学
Fig. 1 Process flow diagram of ceramic membrane filtration
1.3研究内容
1.3.1料液固含量对陶瓷膜过滤效果的影响
蓦然什么意思
采用颗粒物质量分数分别为2%、12%、22%的 料液,利用40 r u n 孔径陶瓷膜进行过滤,研究料液中 颗粒物含量变化对陶瓷膜过滤性能的影响。
1.3.2陶瓷膜过滤孔径对陶瓷膜过滤效果的影响
采用颗粒物质量分数22%的料液,分别利用 10、40、50 n m 孔径的陶瓷膜进行过滤,探究不同孔 径
陶瓷过滤膜对颗粒物的去除效果,筛选高效去除
第
2
期
李春颖:陶瓷膜过滤性能的影响因素
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-■-膜孔径50 nm
一膜孔径40 nm
膜孔径10 nm
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图6
不同孔径陶瓷膜对颗粒物B 的过滤效果
Fig. 6 Filtration effect of particles B by ceramic membranes with different pore size
700650
着料液温度的升高,陶瓷膜通量增大。这是因为提 高料液温度后,黏稠度有所降低,扩散系数增加,通量增大。
图5
不同孔径陶瓷膜对颗粒物A 的过滤效果
Fig. 5 Filtration effect of particles A by ceramic membranes with different pore size
0.30
膜孔径50 nm
350 -----1----1-----*-----1-----1-----1-----'
0 10 20 30 40 50 60 70
时间/min
图7不同温度料液对陶瓷膜通量的影响
Fig. 7 Effect of solution temperature on
flux of ceramic membrane
料液温度变化对膜过滤效果的影响如图8所 示。不同温度的料液经陶瓷膜过滤后,颗粒物A 离 子质量分数均低于1 x 1(T 6,颗粒物B 离子质量分 数均低于1 x l (T 7,温度变化对颗粒物的截留效果 无明显影响。
(下转第45页)
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图4不同孔径陶瓷膜对通量的影响
Fig. 4 Effect of pore size of ceramic membrane on flux
不同孔径的陶瓷膜对颗粒物A 和B 过滤效果 如图5和图6所示。随着时间的延长,颗粒物的含 量先升高再降低,这是由于过滤开始时,有少量的颗 粒物通过膜层进人清液,随着过滤时间的延长,颗粒 物在膜表面形成沉积层,有效截留粒径偏小的颗粒 物,降低清液中颗粒物的含量。40 n m 陶瓷膜过滤 效果与10 r u n 陶瓷膜过滤效果接近,略优于50 nm 陶瓷膜过滤效果。陶瓷膜过滤颗粒物,主要依靠膜
孔径的物理截留,40 n m 和10 n m 陶瓷膜孔径小于 绝大多数颗粒物粒径,因此,颗粒物的截留效果与陶 瓷膜孔径有较大关系。
2.3温度对陶瓷膜通量的影响
不同温度料液对陶瓷膜通量影响如图7所示。 含固质量分数22%料液分别在55、60、65 1下进行 过滤,陶瓷膜平均通量分别为454、520、581 L M H ,随 42
〇. 1 ■
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2
12
22
32
料液含固质量分数/%
图3不同固含量料液的过滤结果
Fig. 3 Filtration effect of solution with different solid content
700 r -着时间的延长,3种不同孔径的陶瓷膜的通量较稳 定,无明显衰减。50 nm 陶瓷膜平均通量535 LMH , 40 nm 陶瓷膜平均通量为521
LMH ,但10 rnn 陶瓷
膜平均通量仅257 LMH 。由于10 run 陶瓷膜孔径较 小,部分固体颗粒沉积到膜表面无法被有效移除,从 而影响陶瓷膜通量。
0. 7 r
氯 碱工业2021 年
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淸洗前淸洗后
颗粒物A
颗粒物B
对颗粒物A 和B 的截留效果与膜孔径有较大关系。
(3)料液温度升高,膜通量增大,但对颗粒物截留效果无明显影响。
600
52.5 55.0
57.5
60.0 62.5
65.0
67.0
温度/*0
图8料液温度变化对膜过滤效果的影响
Fig. 8 Effect of change in solution temperature
on membrane filtration performance
2.4
清洗效果
陶瓷膜被污染后,采用一定浓度的盐酸分别对别了语文课
10、40、50 nm 孔径的陶瓷膜清洗30 min ,清洗后陶 瓷膜通量与初始通量对比如图9所示。由图9可 知:经过化学清洗,陶瓷膜通量与初始通量对比无明 显变化。这是因为清洗液高流速低压力通过膜表 面,有效冲掉颗粒物,陶瓷膜通量恢复至初始通量。
3结语
料液参数、膜孔径变化对陶瓷膜通量及截留效
果的影响如下。
(1)
料液含固质量分数在2% ~22%变化时,陶
瓷膜通量和颗粒物含量无明显变化。
(2) 10 n m 陶瓷膜通量较40、50 n m 膜通量小,
〇-----^
—-----1
50
40
10
陶瓷膜孔径/n m
图9
陶瓷膜清洗后平均通量与初始通量的对比
Fig. 9 Comparison between original flux and average flux of cleaned ceramic membrane
(4)对于酸溶性颗粒物A 和B ,使用盐酸清洗 污染后的陶瓷膜,膜通量恢复初始通量。陶瓷膜过滤含有5 ~40 pm A 颗粒、0. 3 ~4
B 颗粒的不同料液体系时,可参考上述研究结果,选
择合适的工艺控制参数及膜孔径。
参考文献
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工,2017(5) :71 -75.
[2] 王军,部姝姝,田蒙奎,等.碳化硅陶瓷膜管对PM2. 5捕 集性能的实验研究[J ].环境工程,2015(6) :80 -88.
[编辑:董红果]
(上接第42页)第2期
李广民等:多联产煤热解煤气热量的回收
级冷却器、三级冷却器、电捕焦油器多级脱除焦油, 煤气净化效率高,焦油回收完全,有效防止煤气在输 送过程中出现的焦油析出堵塞管道、阀门问题;煤气 处理系统外部加保温层,减少系统热损失,并防止焦 油提前析出。
中国能源结构的特点是“富煤、贫油、少气”,煤 炭特别是低阶煤的利用效率较低,污染严重。低阶 煤通过热解可实现煤炭资源的分级综合利用及能源 结构的优化调整,符合国家煤炭清洁分质分级利用 的发展方向,缓解油气短缺的现状。随着热解煤气 中热量回收和焦油回收技术的成功研发,通过其辐 射作用将大幅度推动煤炭资源高效分级利用,同时 推动煤炭分级利用的产业化进程。
5结语
商业贷款利率表
大部分化工企业都需要使用蒸汽换热,随着国
家环保形势日益严峻,为减少污染物排放,国家环保
部要求取消35 t /h 以下燃煤锅炉。目前化工企业 采用自备高吨位燃煤锅炉生产蒸汽,或使用化工园 区集中供热站的蒸汽。单台锅炉燃煤用量越来越 大,使用低阶煤生产蒸汽效率低,如何提高低阶煤的 资源利用率是摆在每一个技术人员面前的问题。只 有因地制宜,开展技术创新,才能解决煤炭的高效洁 净利用问题,提升环境效益和经济性,使之更好地服 务于各行各业。
参考文献
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问题分析[J ].煤质技术,2015(11 ):1 -4.
[编辑:董红果]
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