陶瓷中空纤维透氧膜组件的设计、制备及空分制氧行为CFD模型研究

发布时间：2021-06-13 19:28

　　钙钛矿陶瓷中空纤维透氧膜具有比表面积大、透氧通量和透氧选择性高,且较容易组装成器件等优点,受到人们的高度关注,但由于陶瓷中空纤维膜固有的脆性以及缺乏适用于钙钛矿膜材料的高温密封材料,目前还很难制备出可实际应用的大型钙钛矿中空纤维膜组件。本论文研究了钙钛矿陶瓷中空纤维透氧膜组件的设计、制备及空分制氧行为,重点研究了钙钛矿陶瓷中空纤维膜高温密封材料及高温密封工艺,通过建立中空纤维膜组件空分制氧CFD模型研究组件的空分制氧行为规律。采用相转化烧结技术制备了BaCo_0.85Bi_0.05Zr_0.1O_3-δ（BCBZ）钙钛矿陶瓷中空纤维透氧膜,应用陶瓷胶复配BCBZ陶瓷粉制备合适的高温密封材料,结果表明,选用SX-8317AB陶瓷胶与BCBZ陶瓷粉按一定比例混合制成的密封剂可以对BCBZ陶瓷中空纤维膜进行很好的密封,同时,为防止密封剂与陶瓷膜的反应,在对陶瓷中空纤维膜密封表面涂覆银浆保护层,这样得到密封点可以耐受850°C高温,因而可以用于制备陶瓷中空纤维透氧膜组件。设计了一种基于一端封闭陶瓷中空纤维膜组件,该... 

【文章来源】：天津工业大学天津市

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

陶瓷中空纤维膜透氧机理（1）氧气在膜表面Ⅰ上吸附；

天津工业大学硕士学位论文4图1-1陶瓷中空纤维膜透氧机理（1）氧气在膜表面Ⅰ上吸附；（2）膜表面Ⅰ上吸附的氧分子与氧空位发生交换反应；（3）氧离子（空位）在膜内迁移；（4）膜表面Ⅱ上氧分子与氧空位发生交换反应；（5）氧分子从膜表面扩散至外部。1.1.3陶瓷中空纤维透氧膜空分制氧目前利用陶瓷中空纤维透氧膜制备纯氧主要有两种操作方式，一种是水蒸气吹扫，一种是真空操作。相比于水蒸气吹扫，真空操作在能耗上更低，且后续操作简便，是空分制氧的最佳选择[14]。其原理如图1-2所示，将中空纤维膜一端封死，另一端作为开放端与氧气收集侧连通，高温下在收集侧施加真空来制备纯氧。在膜组件的制备过程中，面临的最主要问题是封头部位的密封和膜与容器之间的密封，密封问题是膜组件的关键技术之一。图1-2陶瓷中空纤维膜组件制氧原理

第二章陶瓷中空纤维透氧膜组件设计与高温密封11中的工作温度。在膜组件设计过程中，高温密封是其关键一步，主要包括了封闭端的密封和开放端与容器的密封，本章针对这些内容，做出了具体的研究。图2-1用于氧气分离的ITM膜组件示意图2.3实验部分2.3.1实验用品本实验用到的主要实验仪器见表2-1表2-1实验仪器仪器型号生产厂家电子分析天平AX4202ZH/E奥豪斯仪器（常州）有限公司行星式球磨机QM-3SP2南京南大仪器有限公司电热鼓风干燥箱101-1AB天津市泰斯特仪器有限公司电动振筛机8411绍兴市道墟越州土工仪器厂电动搅拌器D2025W上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司真空泵2XZ-2浙江台州求精真空泵有限公司高温箱式炉SXW-6-16上海实研电炉有限公司开启式管式炉SK2-4-13K龙口市电炉制造厂中空纤维膜纺丝装置自制本实验用到的主要实验试剂见表2-2表2-2实验药品试剂名称规格生产厂家N-甲基-2-吡络烷酮（NMP）分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司聚砜（PSF）分析纯吉林吉大高分子材料有限公司碳酸钡[BaCO3]分析纯国药集团化学试剂有限公司O2N2(yO2)AirTin,xO2To

【参考文献】：
期刊论文
[1]Simulation of Catalytic Combustion of Methane in a Monolith Honeycomb Reactor[J]. 梅红,李成岳,刘辉,季生福.  Chinese Journal of Chemical Engineering. 2006(01)



本文编号：3228179