【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于润湿模式下吸收低浓度气体的多通道陶瓷膜传质性能预测方法，属于气体捕集技术与膜吸收。
技术介绍
1、酸性气体如二氧化碳(co2)或二氧化硫(so2)的分离一直是国内外学者关注的话题之一，特别是低浓度的酸性气体由于其传质的驱动力极低，导致其分离成本巨大，因此迫切需要开发高效的低浓度酸性气体分离技术。具有高选择性的化学吸收剂近年来被广泛应用于酸性气体吸收领域，传统的化学吸收工艺使用的吸收设备为填料塔，但存在比表面积小，传质效率低等问题。相对于吸收塔而言，膜接触器由于具有较高气液比、操作弹性、传质界面稳定、传质比表面积高、易于模块化设计放大等优势，且能有效解决雾沫夹带、气液接触界面不稳定等问题，近年来被广泛研究应用于co2、so2的吸收。
2、考虑到在分离过程中气相的分子扩散速率远大于液相，因此对膜吸收的研究工作主要集中在疏水性膜接触器上。经研究表明，对于高浓度或者中等浓度的co2、so2吸收，疏水性膜接触器拥有良好的应用前景，但对于低浓度的co2、so2吸收，酸性气体在待处理气体中的浓度已经很低，在通过疏水膜的孔隙扩散到液-膜边界后浓度将变得更低，从而限制了co2的传质。因此提出使用亲水性膜接触器应用于低浓度气体的吸收，当使用化学吸收剂以亲水模式(液体充满孔隙)吸收低浓度气体时，充满孔隙中未反应的吸收剂消耗缓慢，同时未反应的反应物和产物通过膜孔在液体中扩散，在孔隙和液相主体之间不断更新，不仅解决了疏水性膜接触器膜润湿的问题，更提高了吸收效率。目前亲水性膜接触器在低浓度气体吸收中的可行性已经在我们之前的
3、陶瓷膜由于具有高机械强度和化学稳定性，同时本身具有亲水性，有利于处理具有腐蚀性的化学吸收液来吸收co2。单管式陶瓷膜几何形状简单但比表面积低，多通道式陶瓷膜相对于单管式陶瓷膜堆积面积更大、机械强度更高，相对于单管陶瓷膜更有优势，但几何结构相对复杂。目前商用的多通道陶瓷膜均以截留为主，并不适用于气体吸收，多通道陶瓷膜中特定的通道对总传质通量的贡献是不平等的，其中心通道到膜管外表面的距离比其他通道的距离长，因此膜相传质阻力更高，导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数即增大接触面积并不意味着吸收性能提高，故针对低浓度气体吸收体系，如何设计优化多通道陶瓷膜的构型是其进一步发展的瓶颈。
4、通过建立模型和模拟有助于预测多通道陶瓷膜的吸收性能，优化多通道陶瓷膜结构。传统的一维和二维建模方法无法对具有复杂几何结构的多通道陶瓷膜的传质性能进行建模，虽然建立三维模型可以有效地预测多通道亲水性陶瓷膜接触器的传质性能，但也存在一些缺点，包括建立三维模型的较高计算成本，以及无法直观地显示几何构型与其传质性能的关系。因此，提出一个简化模型来预测多通道陶瓷膜的传质性能非常重要。
技术实现思路
1、针对现有多通道陶瓷膜在气体吸收中的缺陷，本专利技术提供了一种用于润湿模式膜吸收低浓度气体的多通道陶瓷膜结构计算方法，通过提出一个简化的三维模型来预测多通道陶瓷膜的传质效率，该模型有助于缩减模型计算时间和计算成本，优化目前商有的多通道陶瓷膜结构，构建适用于低浓度气体吸收的多通道陶瓷膜构型，为多通道陶瓷膜的结构优化提供理论指导和技术支持。
2、本专利技术所采用的技术方案为：
3、一种用于润湿模式下吸收低浓度气体的多通道陶瓷膜传质性能预测方法，包括如下步骤：
4、步骤1、根据多通道陶瓷膜尺寸构建简化的单管式陶瓷膜的三维几何模型；
5、步骤2、计算校正因子f，校正因子f满足下式：
6、
7、式中，l为多通道陶瓷膜模型各通道中心至膜外层边界距离的均值，mm；r为多通道陶瓷膜模型外圈通道半径，mm；n为多通道陶瓷膜通道数；a～d均为常数；
8、步骤3、计算传质系数kl，传质系数kl满足下式：
9、
10、式中，da-liquid是吸收剂a在液体中的扩散系数，m2·s-1；ε是孔隙率；τ是曲折因子；lm是膜厚，mm；所得传质系数kl即为多通道陶瓷膜的吸收剂传质系数。
11、优选地，所述的多通道陶瓷膜、单管式陶瓷膜的膜材料均为多孔氧化铝、多孔氧化钛、多孔氧化锆或者多孔氧化硅。
12、优选地，所述的多通道陶瓷膜为非对称多通道陶瓷膜。
13、优选地，所述的单管式陶瓷膜的三维几何模型包括膜层构型以及管层构型。
14、优选地，所述的单管式陶瓷膜的三维几何模型的外径、膜长度与多管式陶瓷膜的外径、膜长度相同。
15、优选地，所述的单管式陶瓷膜的三维几何模型的内径满足下式：
16、
17、式中，r为单管式陶瓷膜三维几何模型通道半径，mm；r1为多通道式陶瓷膜模型中间通道半径，mm；r2～rn为多通道式陶瓷膜模型其他通道半径，mm；n为多通道陶瓷膜通道数。
18、本专利技术的有益效果在于：
19、本专利技术采用的膜材料为陶瓷膜，其本身就具有很好的亲水性；并且陶瓷材料具有很好的耐碱性吸收剂能力，孔结构及性质在吸收体系中能保持稳定性。
20、本专利技术针对目前一维和二维建模方法无法对具有复杂几何结构的多通道陶瓷膜的传质性能进行建模的问题，提出一种三维简化模型，一方面可以利用更少计算时间和计算成本预测多通道陶瓷膜的传质性能，另一方面可以通过三维模型直观地显现多通道陶瓷膜结构对传质性能的影响。
21、本专利技术提出一种简化模型来预测多通道陶瓷膜的传质性能，通过在单管式陶瓷膜模型中引入校正因子f，以此来计算预测多通道陶瓷膜的传质性能，节约模型计算时间和计算成本。
22、本专利技术通过简化模型可以用于计算并优化多通道陶瓷膜结构，并可以对膜组件进行模块化设计，有利于设备放大应用。
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1.一种用于润湿模式下吸收低浓度气体的多通道陶瓷膜传质性能预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于润湿模式下吸收低浓度气体的多通道陶瓷膜传质性能预测方法，其特征在于，所述的多通道陶瓷膜、单管式陶瓷膜的膜材料均为多孔氧化铝、多孔氧化钛、多孔氧化锆或者多孔氧化硅。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于润湿模式下吸收低浓度气体的多通道陶瓷膜传质性能预测方法，其特征在于，所述的多通道陶瓷膜为非对称多通道陶瓷膜。
4.根据权利要求1所述的一种用于润湿模式下吸收低浓度气体的多通道陶瓷膜传质性能预测方法，其特征在于，所述的单管式陶瓷膜的三维几何模型包括膜层构型以及管层构型。
5.根据权利要求1或4所述的一种用于润湿模式下吸收低浓度气体的多通道陶瓷膜传质性能预测方法，其特征在于，所述的单管式陶瓷膜的三维几何模型的外径、膜长度与多管式陶瓷膜的外径、膜长度相同。
6.根据权利要求1所述的一种用于润湿模式下吸收低浓度气体的多通道陶瓷膜传质性能预测方法，其特征在于，所述的单管式陶瓷膜的三维几何模型的内径满足下式：<...
【技术特征摘要】
1.一种用于润湿模式下吸收低浓度气体的多通道陶瓷膜传质性能预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于润湿模式下吸收低浓度气体的多通道陶瓷膜传质性能预测方法，其特征在于，所述的多通道陶瓷膜、单管式陶瓷膜的膜材料均为多孔氧化铝、多孔氧化钛、多孔氧化锆或者多孔氧化硅。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于润湿模式下吸收低浓度气体的多通道陶瓷膜传质性能预测方法，其特征在于，所述的多通道陶瓷膜为非对称多通道陶瓷膜。
4.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：符开云，张慧平，郭云昭，邱鸣慧，陈献富，范益群，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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