微型電動(dòng)機(jī)
SL型交流伺服電動(dòng)機(jī)電遷移膜反應(yīng)器可從混合氣體中分離出NO
閱讀： 發(fā)布時(shí)間：2020-11-16
研究人員提出了一種集成電遷移膜吸收法，可從模擬混合氣體中分離出NO。實(shí)驗(yàn)考察了放電電壓、氣體流量、入口濃度和吸附劑對(duì)一體化電遷移膜反應(yīng)器中NO分離效率和傳質(zhì)系數(shù)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著集成電遷移膜反應(yīng)器的外加放電電壓的增加，NO分離效率和傳質(zhì)系數(shù)增大。在實(shí)驗(yàn)過程中，無論是否排放，NO的分離效率都隨著氣體流量和NO入口濃度的增加而不斷降低。隨著氣體流量的增加，NO傳質(zhì)系數(shù)先增大后減小，而隨著NO入口濃度的增加，傳質(zhì)系數(shù)減小。與試驗(yàn)條件下無放電電壓的膜吸收相比，在18kV放電電壓下，NO分離效率和傳質(zhì)系數(shù)分別提高了48.7%和9.7倍。
相關(guān)論文以題為“NO Separation Characteristics in Integrated Electromigration Membrane Reactor”發(fā)表在《Applied Sciences》上。
研究目的
隨著污染的頻繁發(fā)生和資源短缺的加劇，從污染的去除到污染物的資源化利用，污染控制技術(shù)一直在研究。化石燃料燃燒釋放的NOx會(huì)引起酸雨、霧霾、光化學(xué)煙霧等惡劣的環(huán)境問題，對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境都有危害。目前，選擇性非催化還原脫硝技術(shù)(SNCR)和選擇性催化還原脫硝技術(shù)(SCR)在降低NOx排放方面表現(xiàn)出較高的去除效率。但同時(shí)也伴隨著一些技術(shù)難題，如大型設(shè)備、空氣預(yù)熱器堵塞、廢催化劑處理等。因此，開發(fā)新的反硝化技術(shù)或改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)，提高排放標(biāo)準(zhǔn)就顯得尤為重要。
歷史研究
以膜纖維介質(zhì)為分離界面的膜氣分離方法是一種*的氣體吸收工藝，具有良好的應(yīng)用前景。具有能耗低、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單、選擇性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，通過氣液不接觸有效地克服了傳統(tǒng)濕法吸收設(shè)備中泛水、竄槽、起泡等缺點(diǎn)。近年來，開展了一系列膜吸收分離硫化氫(H2S)、SO2、NOx酸性氣體的實(shí)驗(yàn)。例如，研究人員在膜吸收反應(yīng)器中研究了H2S、SO2、NH3、CO2從氣相到液相的傳質(zhì)過程，并測量了部分氣體的傳質(zhì)系數(shù)。Rami等人利用膜吸收法在高壓下研究了天然氣中硫化氫的去除效率。Sun等人研究了以海水為吸收劑的中空纖維膜去除SO2的可行性，并研究了相關(guān)參數(shù)對(duì)其傳質(zhì)系數(shù)的影響。Zhang等人分析了一些參數(shù)對(duì)膜接觸器中SO2去除效率的影響。Kartohardjono等人和Wang等人研究了膜吸收去除NOx的特性。在這些研究中,氣體分子通過膜的轉(zhuǎn)移主要取決于氣體的濃度差和壓差的兩面膜,它是伴隨著高氣體動(dòng)力和大單位氣體膜面積實(shí)現(xiàn)高氣體分離效率。
電遷移是以電場力為驅(qū)動(dòng)力，從混合物中濃縮或分離特定組分的一種有效分離方法。以電場力為驅(qū)動(dòng)力的方法在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，在電滲析、電濾、靜電除塵器等應(yīng)用中表現(xiàn)出了優(yōu)良的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。然而，很少有研究報(bào)道在膜吸收過程中通過電遷移提高氣體分離效率。鑒于此，本文提出了一種將等離子體技術(shù)、電遷移、膜分離和化學(xué)吸收有機(jī)結(jié)合的一體化電遷移膜分離工藝。分析了一體化電遷移膜分離反應(yīng)器中NO的分離機(jī)理。研究人員還討論了放電電壓、氣體流量、入口濃度和吸附劑對(duì)NO分離效率和傳質(zhì)系數(shù)的影響。希望本研究能為氣體分離技術(shù)的發(fā)展提供新的思路和參考。
實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)過程示意圖如圖1所示。實(shí)驗(yàn)裝置主要由氣體分配裝置、一體化電遷移膜分離反應(yīng)器和氣體測量系統(tǒng)組成。采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制備230×50×60 mm的矩形反應(yīng)器。
圖1.一體化電遷移膜反應(yīng)器NO分離原理圖。
放電針電極均勻放置在電抗器上壁上，并與外部負(fù)極高壓直流電源相連。將不銹鋼板制成的接地電極置于反應(yīng)釜內(nèi)底，反應(yīng)釜內(nèi)底充滿水吸收劑。hydrophobicmicroporous膜由PVDF(聚偏二氟乙烯)和聚四氟乙烯(聚四氟乙烯樹脂)和孔隙大小0.22μm和150μm的厚度是針電極和接地電極之間的安裝,接地電極平行和反應(yīng)堆劃分成兩個(gè)部分。由壓縮鋼瓶提供的N2-NO混合氣體通過針電極與膜之間的空間，而吸水水劑以65 mL·min?1的恒定流量連續(xù)通過膜與接地電極之間的空間。處理后的氣體通過氣體吸收裝置排出，利用煙氣分析儀測定NO的進(jìn)、出口濃度。
放電電壓對(duì)分離效率和傳質(zhì)系數(shù)的影響
放電電壓對(duì)NO分離效率和傳質(zhì)系數(shù)的影響如圖2和圖3所示。從圖2可以看出，NO分離效率與放電電壓有關(guān)。當(dāng)放電電壓從8 kV增加到18 kV時(shí)，NO分離效率先略有上升后迅速上升。在18 kV電壓下，分離效率約為57%，比無放電時(shí)提高了48.7%。NO負(fù)離子的形成與反應(yīng)區(qū)的電子濃度有關(guān)(Hajime Tamon 1996)。當(dāng)放電電壓低于8 kV時(shí)，效率增量小于1.05%，由于反應(yīng)空間內(nèi)電子濃度較低，幾乎沒有形成負(fù)離子。當(dāng)放電電壓過電暈起爆電壓時(shí)，電子雪崩導(dǎo)致電子數(shù)量迅速增加，促使沒有負(fù)離子的形成。因此，NO分離效率隨著放電電壓的增大而迅速提高。當(dāng)放電電壓高于18 kV時(shí)，電場發(fā)生破壞。因此，設(shè)定*放電電壓為18 kV。同樣，NO的傳質(zhì)系數(shù)隨著放電電壓的增大而增大(圖3)。當(dāng)放電電壓由0增大到18 kV時(shí)，NO的傳質(zhì)系數(shù)由0.91×10?4增大到8.81×10?4 m·s?1;在放電電壓為18kv時(shí)，傳質(zhì)系數(shù)約為未施加電壓時(shí)的9.7倍。這可能是由于較高的放電電壓使NO負(fù)離子的數(shù)量和電遷移速度增加，不僅促進(jìn)了NO的吸收，而且降低了氣相傳質(zhì)阻力。
圖2.放電電壓對(duì)分離效率的影響。
圖3.放電電壓對(duì)傳質(zhì)系數(shù)的影響。
吸附劑對(duì)no分離效率和傳質(zhì)系數(shù)的影響
兩種不同吸附劑NaClO2和KMnO4/NaOH對(duì)分離效率和傳質(zhì)系數(shù)的影響如圖4和圖5所示。從圖4和圖5可以看出,電暈放電可以提高分離效率和傳遞系數(shù),和分離效率和傳遞系數(shù)與吸收劑NaClO2高于那些KMnO4 /氫氧化鈉作為吸收劑放電條件下或沒有放電。這可能是由于以下三個(gè)原因:(1)無負(fù)離子的遷移提高了電場的吸收效率;(ii) NaClO2與NO的反應(yīng)速率高于KMnO4/NaOH與NO的反應(yīng)速率;(iii)在氣體流量不變，其他實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下，吸收率越高，液相傳質(zhì)阻力越小。
圖4.吸附劑對(duì)分離效率的影響。
圖5.吸附劑對(duì)傳質(zhì)系數(shù)的影響。
論
通過實(shí)驗(yàn)研究可以得出以下結(jié)論:
(1)綜合電遷移膜分離方法能有效分離NO和NO- n2混合氣體。在放電電壓為18kV時(shí)，反應(yīng)器中NO的分離效率約為57%。與無排放膜吸收工藝相比，NO的傳質(zhì)系數(shù)提高了9.7倍，提高了48.7%；
(2)NO負(fù)離子的電遷移能促進(jìn)NO的分離和傳質(zhì)。在實(shí)驗(yàn)條件下，“當(dāng)外加電壓越高，放電電壓越高，NO的分離效率和傳質(zhì)系數(shù)越高”；
(3)無論是否排放，NO的分離效率都隨著氣體流量和NO入口濃度的增加而不斷下降。隨著氣體流量的增加，NO傳質(zhì)系數(shù)先增大后減小，隨著NO入口濃度的增加傳質(zhì)系數(shù)減小。
相關(guān)論文以題為“NO Separation Characteristics in Integrated Electromigration Membrane Reactor”發(fā)表在《Applied Sciences》上。
研究目的
隨著污染的頻繁發(fā)生和資源短缺的加劇，從污染的去除到污染物的資源化利用，污染控制技術(shù)一直在研究。化石燃料燃燒釋放的NOx會(huì)引起酸雨、霧霾、光化學(xué)煙霧等惡劣的環(huán)境問題，對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境都有危害。目前，選擇性非催化還原脫硝技術(shù)(SNCR)和選擇性催化還原脫硝技術(shù)(SCR)在降低NOx排放方面表現(xiàn)出較高的去除效率。但同時(shí)也伴隨著一些技術(shù)難題，如大型設(shè)備、空氣預(yù)熱器堵塞、廢催化劑處理等。因此，開發(fā)新的反硝化技術(shù)或改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)，提高排放標(biāo)準(zhǔn)就顯得尤為重要。
歷史研究
以膜纖維介質(zhì)為分離界面的膜氣分離方法是一種*的氣體吸收工藝，具有良好的應(yīng)用前景。具有能耗低、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單、選擇性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，通過氣液不接觸有效地克服了傳統(tǒng)濕法吸收設(shè)備中泛水、竄槽、起泡等缺點(diǎn)。近年來，開展了一系列膜吸收分離硫化氫(H2S)、SO2、NOx酸性氣體的實(shí)驗(yàn)。例如，研究人員在膜吸收反應(yīng)器中研究了H2S、SO2、NH3、CO2從氣相到液相的傳質(zhì)過程，并測量了部分氣體的傳質(zhì)系數(shù)。Rami等人利用膜吸收法在高壓下研究了天然氣中硫化氫的去除效率。Sun等人研究了以海水為吸收劑的中空纖維膜去除SO2的可行性，并研究了相關(guān)參數(shù)對(duì)其傳質(zhì)系數(shù)的影響。Zhang等人分析了一些參數(shù)對(duì)膜接觸器中SO2去除效率的影響。Kartohardjono等人和Wang等人研究了膜吸收去除NOx的特性。在這些研究中,氣體分子通過膜的轉(zhuǎn)移主要取決于氣體的濃度差和壓差的兩面膜,它是伴隨著高氣體動(dòng)力和大單位氣體膜面積實(shí)現(xiàn)高氣體分離效率。
電遷移是以電場力為驅(qū)動(dòng)力，從混合物中濃縮或分離特定組分的一種有效分離方法。以電場力為驅(qū)動(dòng)力的方法在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，在電滲析、電濾、靜電除塵器等應(yīng)用中表現(xiàn)出了優(yōu)良的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。然而，很少有研究報(bào)道在膜吸收過程中通過電遷移提高氣體分離效率。鑒于此，本文提出了一種將等離子體技術(shù)、電遷移、膜分離和化學(xué)吸收有機(jī)結(jié)合的一體化電遷移膜分離工藝。分析了一體化電遷移膜分離反應(yīng)器中NO的分離機(jī)理。研究人員還討論了放電電壓、氣體流量、入口濃度和吸附劑對(duì)NO分離效率和傳質(zhì)系數(shù)的影響。希望本研究能為氣體分離技術(shù)的發(fā)展提供新的思路和參考。
實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)過程示意圖如圖1所示。實(shí)驗(yàn)裝置主要由氣體分配裝置、一體化電遷移膜分離反應(yīng)器和氣體測量系統(tǒng)組成。采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制備230×50×60 mm的矩形反應(yīng)器。
圖1.一體化電遷移膜反應(yīng)器NO分離原理圖。
放電針電極均勻放置在電抗器上壁上，并與外部負(fù)極高壓直流電源相連。將不銹鋼板制成的接地電極置于反應(yīng)釜內(nèi)底，反應(yīng)釜內(nèi)底充滿水吸收劑。hydrophobicmicroporous膜由PVDF(聚偏二氟乙烯)和聚四氟乙烯(聚四氟乙烯樹脂)和孔隙大小0.22μm和150μm的厚度是針電極和接地電極之間的安裝,接地電極平行和反應(yīng)堆劃分成兩個(gè)部分。由壓縮鋼瓶提供的N2-NO混合氣體通過針電極與膜之間的空間，而吸水水劑以65 mL·min?1的恒定流量連續(xù)通過膜與接地電極之間的空間。處理后的氣體通過氣體吸收裝置排出，利用煙氣分析儀測定NO的進(jìn)、出口濃度。
放電電壓對(duì)分離效率和傳質(zhì)系數(shù)的影響
放電電壓對(duì)NO分離效率和傳質(zhì)系數(shù)的影響如圖2和圖3所示。從圖2可以看出，NO分離效率與放電電壓有關(guān)。當(dāng)放電電壓從8 kV增加到18 kV時(shí)，NO分離效率先略有上升后迅速上升。在18 kV電壓下，分離效率約為57%，比無放電時(shí)提高了48.7%。NO負(fù)離子的形成與反應(yīng)區(qū)的電子濃度有關(guān)(Hajime Tamon 1996)。當(dāng)放電電壓低于8 kV時(shí)，效率增量小于1.05%，由于反應(yīng)空間內(nèi)電子濃度較低，幾乎沒有形成負(fù)離子。當(dāng)放電電壓過電暈起爆電壓時(shí)，電子雪崩導(dǎo)致電子數(shù)量迅速增加，促使沒有負(fù)離子的形成。因此，NO分離效率隨著放電電壓的增大而迅速提高。當(dāng)放電電壓高于18 kV時(shí)，電場發(fā)生破壞。因此，設(shè)定*放電電壓為18 kV。同樣，NO的傳質(zhì)系數(shù)隨著放電電壓的增大而增大(圖3)。當(dāng)放電電壓由0增大到18 kV時(shí)，NO的傳質(zhì)系數(shù)由0.91×10?4增大到8.81×10?4 m·s?1;在放電電壓為18kv時(shí)，傳質(zhì)系數(shù)約為未施加電壓時(shí)的9.7倍。這可能是由于較高的放電電壓使NO負(fù)離子的數(shù)量和電遷移速度增加，不僅促進(jìn)了NO的吸收，而且降低了氣相傳質(zhì)阻力。
圖2.放電電壓對(duì)分離效率的影響。
圖3.放電電壓對(duì)傳質(zhì)系數(shù)的影響。
吸附劑對(duì)no分離效率和傳質(zhì)系數(shù)的影響
兩種不同吸附劑NaClO2和KMnO4/NaOH對(duì)分離效率和傳質(zhì)系數(shù)的影響如圖4和圖5所示。從圖4和圖5可以看出,電暈放電可以提高分離效率和傳遞系數(shù),和分離效率和傳遞系數(shù)與吸收劑NaClO2高于那些KMnO4 /氫氧化鈉作為吸收劑放電條件下或沒有放電。這可能是由于以下三個(gè)原因:(1)無負(fù)離子的遷移提高了電場的吸收效率;(ii) NaClO2與NO的反應(yīng)速率高于KMnO4/NaOH與NO的反應(yīng)速率;(iii)在氣體流量不變，其他實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下，吸收率越高，液相傳質(zhì)阻力越小。
圖4.吸附劑對(duì)分離效率的影響。
圖5.吸附劑對(duì)傳質(zhì)系數(shù)的影響。
論
通過實(shí)驗(yàn)研究可以得出以下結(jié)論:
(1)綜合電遷移膜分離方法能有效分離NO和NO- n2混合氣體。在放電電壓為18kV時(shí)，反應(yīng)器中NO的分離效率約為57%。與無排放膜吸收工藝相比，NO的傳質(zhì)系數(shù)提高了9.7倍，提高了48.7%；
(2)NO負(fù)離子的電遷移能促進(jìn)NO的分離和傳質(zhì)。在實(shí)驗(yàn)條件下，“當(dāng)外加電壓越高，放電電壓越高，NO的分離效率和傳質(zhì)系數(shù)越高”；
(3)無論是否排放，NO的分離效率都隨著氣體流量和NO入口濃度的增加而不斷下降。隨著氣體流量的增加，NO傳質(zhì)系數(shù)先增大后減小，隨著NO入口濃度的增加傳質(zhì)系數(shù)減小。
上海上自儀公司 