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膜分离法废气净化系统原理与分类

点击:517 次  来源:巴威环境 时间:06-15

膜分离法废气净化系统是借载体空气和工业有机废气不同的渗透能力,或膜对气体混合物中分子的不同选择性而将其分开。

就气体渗透的分离机理而言,通常可区分微孔膜、无孔膜。在微孔膜情况下,按照气体分子运动理论,气体分子运动的平均自由路程远比膜的孔径大,物质传递是通过Knudsen扩散实现的。因此分离效应取决于分子的质量,即小的分子容易通过,而大的分子被截留。在无孔膜的情况下,主要是膜对分子的选择渗透,因此不只是扩散步骤,而且还有气体在膜表面的吸收,气体通过膜的扩散和气体在膜表面上的解吸三个步骤。用于气体渗透的半透膜一般要求膜的截留侧维持较高的压力,从而导致很高的压力损失。因此,通常将膜尽可能做得薄,以及为保持其机械稳定性,用多孔承载层作为支承底层。

对于有机废气的净化,用微孔膜是不合适的,因为这种膜截留的是少量低浓度的挥发性有机物,其分子比空气分子大,通过膜的是大量空气,即要在高压、高的压力损失条件下通过膜。这种膜主要用于分离并得到低分子量的纯气体,如氮或*。目前有机废气的净化主要采用对碳*化合物有选择性渗透的膜,即所用的膜要能阻止小分子,而让**大的分子通过。通常这种膜是由具有弹性的高聚合物分子组成,如硅橡胶。通过膜将有机废气与载体空气分开时起到关键作用的是物质的扩散传递速率,它是与膜的厚度成反比,而与分压差成正比;为提高渗透的驱动力,常在膜的截留侧(废气边)加压,而在渗透侧(有机废气浓缩边)借冷却、冷凝或吸附减压。在实际应用中,通常膜是由多层材料构成的一种复合材料膜,膜厚一般为0.2-2μm,图2.10表示了一种由三层材料所构成的复合膜。

有机废气渗透膜装置的关键部分是膜元件,常用的有中空纤维膜、平板膜和卷式膜组件三种。图2.11为中空纤维型(a)和板式型(b)两种工业有机废气膜分离设备的大致构造。

中空纤维型图(2.11a)的结构类似常见的管束换热器,管束两端与合成树脂浇铸的管板相连接,分离层膜可涂在管束的内表面,也可涂在管束的外表面。图2.11(a)表示了废气从管内通过,这样废气由管内向外渗透;反之,若果分离层膜涂在管束的外表面,则流动方向与上述相反。板式型[图2.11(b)]的结构与板式换热器或板式过滤器相似,分离层膜涂在板的两侧,这样废气由外向板内渗透,并通过压差使膜紧贴于板面。板片可由多孔材料做成,板面上开有流道。图2.11(b)表示废气从板间、并经折流板流过各层膜元件;渗透废气则经多孔板流入中央集气管排出。

一般膜分离废气净化系统的应用范围是:有机废气的浓度从每标准立方米十克到几百克,废气处理量为100-2000Nm3/h。

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