【正文】 1 ? 243。當(dāng)膜兩側(cè)濃度差較大時(shí)，可用式(312)代替式(311)。 )J s = P(cm ? c p ) + (1 ? 243。[25] 速率方程膜透過(guò)速率方程式，可以從不可逆過(guò)程熱力學(xué)現(xiàn)象論方程式推導(dǎo)如下：JV = Lp (?P ? 243。湍流時(shí)可按照德斯來(lái)爾提出的方程進(jìn)行計(jì)算。式（38）的適應(yīng)范圍為 1000 Re Sd h /L5000。 ；29expRe Sdh 13上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 3 章 船舶艙底含油污水處理技術(shù)仿真研究Sc ———施密特?cái)?shù)， Sc = 227。D(37) 傳質(zhì)系數(shù)濃差極化層內(nèi)的傳質(zhì)系數(shù) K，受體系流體力學(xué)狀況影響較大，可以采用傳質(zhì)數(shù)并聯(lián)式計(jì)算，當(dāng)膜組件內(nèi)的流動(dòng)為層流時(shí)，可用萊維科式進(jìn)行計(jì)算。引入傳質(zhì)系數(shù)K 和真實(shí)截留率，式(35)則為cmc p=JKR + (1 ? R) expJK(36)式中， cm / c p 稱為濃差極化模數(shù)，隨著通量 J 增大、截留率 R 增加以及傳質(zhì)系數(shù) K 減小，濃差極化模數(shù)增大，即膜表面的濃度 cm 增大。cm ? c pcb ? c p= expJ228。28J———膜透過(guò)通量， m3 / (m s) ；上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 3 章 船舶艙底含油污水處理技術(shù)仿真研究邊界條件為：x=0 時(shí) c= cm ；x＝δ ? c= cb 。膜表面被截留的溶質(zhì)，會(huì)沿濃度梯度向料液方向擴(kuò)散，當(dāng)溶質(zhì)以對(duì)流方式向膜方向的傳遞量等于滲透通量與反向擴(kuò)散通量之和時(shí)，擴(kuò)散得到平衡。濃差極化對(duì)超濾膜性能有很大影響，當(dāng)膜面上截留溶質(zhì)的濃度增加到一定值時(shí)，在膜面上會(huì)形成一層凝膠層，該凝膠層對(duì)料液流動(dòng)產(chǎn)生很大阻力，因而使得膜透過(guò)通量急劇下降。27JV ———透過(guò)通量， m3 / (m s) ；上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 3 章 船舶艙底含油污水處理技術(shù)仿真研究Ra = 1 ?c pcb（32）式中cb ———原液濃度， mg / L ；c p ———透過(guò)液濃度， mg / L 。膜的透過(guò)通量用單位時(shí)間內(nèi)、單位面積膜上透過(guò)的溶液量來(lái)表示JV =VAt(31)式中2V———濾液體積， m3 ；A———分離膜的有效面積， m2 ；t———獲得 V 體積濾液所需的時(shí)間，s。并提出了預(yù)防膜污染的措施，大大延長(zhǎng)膜的使用壽命，降低了運(yùn)行、維護(hù)成本。在膜阻力分析中，針對(duì)反向擴(kuò)散對(duì)濾餅層的影響導(dǎo)出新的方程。本章在乳化液膜分離試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)膜通量模型進(jìn)行仿真計(jì)算。綜上所述，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及膜組件的選擇和系統(tǒng)的優(yōu)化配置提供了有力支撐，同時(shí)為深入的理論研究和實(shí)船試驗(yàn)研究提供了很好的試驗(yàn)平臺(tái)。即隨著分離時(shí)間的增加，由于膜面凝膠極化等因素使得膜的通量下降；壓力的升高使得作為推動(dòng)力的壓差升高而使得通量上升；而溫度的升高降低了料液的黏度，從而使得膜的通量上升。 小結(jié)25上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 乳化液膜分離試驗(yàn)研究本章在分析膜分離基本原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了分離乳化液的超濾膜分離試驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行試驗(yàn)后，根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中所記錄下的數(shù)據(jù)分別繪制通量與時(shí)間，壓力，溫度的變化趨勢(shì)。較高的料液流速可以有效防止?jié)獠顦O化、提高設(shè)備處理能力。通過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)包括交換不同過(guò)濾精度的濾器，我們建議采取雙聯(lián)組合濾器，使用該雙聯(lián)組合濾器，一方面減輕膜組件分離乳化液的工作負(fù)擔(dān)，延長(zhǎng)膜組件的使用壽命，另一方面還可以提高分離水水質(zhì)，使分離后的水符合排放標(biāo)準(zhǔn)。24上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 乳化液膜分離試驗(yàn)研究所進(jìn)行的試驗(yàn)中，在經(jīng)膜分離后的排放水油份濃度均低于 6ppm，完全符合油污水排放規(guī)定。試驗(yàn)表明，超濾膜分離裝置完全符合艙底水分離裝置分離乳化油的相關(guān)要求。試驗(yàn)證明，使用雙聯(lián)組合濾器后，膜組件的使用壽命延長(zhǎng)至 200 小時(shí)以上。因此，選擇合適精度的濾器對(duì)于膜分離試驗(yàn)裝置來(lái)說(shuō)尤為重要。23上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 乳化液膜分離試驗(yàn)研究圖 2－6 透過(guò)液流量隨溫度變化曲線The infection of the temperature to the Permeation quantity（5）濾器對(duì)膜透過(guò)液流量的影響本實(shí)驗(yàn)初期采用過(guò)濾精度在 100μm 左右的粗濾器，從而導(dǎo)致膜組件在一小時(shí)內(nèi)臟堵，不符合實(shí)驗(yàn)要求，由此可見，料液前處理的重要性。但溫度增加值應(yīng)充分考慮膜分離裝置的正常工作溫度，以免影響膜組件的使用壽命。溫度越高，艙底含油污水的黏度越低，在膜內(nèi)流過(guò)時(shí)阻力也越小，從而可以提高膜面流速，降低濃差極化現(xiàn)象。如果繼續(xù)增加膜組件進(jìn)口液壓力，滲透液流量反而可能有所降低，這主要是因?yàn)楫?dāng)壓力較大時(shí)，膜管內(nèi)料液大量通過(guò)膜孔，致使污水中大量的污染物如乳化油顆粒堵塞在膜表面造成膜的污染，從而使透過(guò)膜的水的通量降低。超濾膜透過(guò)液通量與操作壓力的關(guān)系取決于膜和邊界層性質(zhì)，在膜未受污染時(shí)，濃差極化作用可以忽略，膜透過(guò)液通量與壓力成正比。（3）壓力對(duì)膜透過(guò)液流量的影響圖 2－5 是改變壓力時(shí)對(duì)透過(guò)液的影響。其分離性能較第一次分離過(guò)程也有很大改善。沖洗 15 分鐘后，裝置開始運(yùn)行，膜透過(guò)液流量隨時(shí)間變化曲線如圖 2－4 所示。本文著重對(duì)雙向流和清水反沖洗進(jìn)行研究，所謂反沖洗是指從膜的透過(guò)側(cè)通過(guò)液體沖洗, 將膜面污染物除去的方法。通量降到一定程度后，必須采取一定的清洗方法對(duì)膜進(jìn)行清洗。從圖中可以看到，聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖維超濾膜組件的抗污染程度較強(qiáng)，相同規(guī)格下的膜組件滲透液通量較大，且可以較長(zhǎng)時(shí)間保持較高的滲透液通量。通過(guò)轉(zhuǎn)變所分離污水的進(jìn)口方向，反向清洗膜組件內(nèi)部濃差極化較嚴(yán)重的區(qū)域，從而使膜組件的滲透液通量有所恢復(fù)。由圖可見，超濾膜分離裝置在剛開始運(yùn)行時(shí)膜通量增加很快，在較短的時(shí)間滲透液通量增加到最大，隨著工作時(shí)間的延長(zhǎng)，膜通量有所下降并維持在一個(gè)較穩(wěn)定值上。操作壓力仍然控制在 ，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行 2 小時(shí)。[27] 乳化液膜分離試驗(yàn)結(jié)果及分析（1）變向分離操作時(shí)對(duì)膜透過(guò)液流量的影響首先使機(jī)械分離后的艙底含油污水從膜組件下端進(jìn)入膜組件內(nèi)部進(jìn)行分離。當(dāng)試驗(yàn)?zāi)そM件滲透通量下降較大時(shí)可以進(jìn)行膜組件的反沖洗。本試驗(yàn)中采用清水對(duì)膜組件進(jìn)行清洗，具體的操作為打開閥門2，3，8，9，關(guān)閉其它閥門，清洗前需初步確定幾組清洗間隔及清洗時(shí)間，記錄不同清洗間隔及清洗時(shí)間下膜通量的情況，從而確定出最佳清洗間隔和時(shí)間。首先，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置中的閥門進(jìn)行操作，如圖2－3所示，使閥門1，5，8，4，6，11處于打開狀態(tài)，其它閥門均處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)試驗(yàn)液從膜組件的下部進(jìn)入，濃縮液從上部流出；打開隔膜泵，調(diào)節(jié)壓力表讀數(shù)到指定壓力 P1 ；待系統(tǒng)穩(wěn)定后，開始記錄不同時(shí)間流量計(jì)的讀數(shù)；系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間，當(dāng)滲透液流量明顯減少時(shí)，關(guān)閉隔膜泵，打開閥門1，10，6，7，4，9，關(guān)閉其他閥門，實(shí)現(xiàn)料液進(jìn)膜方向的轉(zhuǎn)換；在壓力為 P2 ， P3 的試驗(yàn)條件下，操作步驟相同。1．正常工作狀態(tài)在開始進(jìn)行試驗(yàn)之前，要對(duì)試驗(yàn)裝置進(jìn)行全面檢查，確保儀器儀表已經(jīng)校正，管子與裝置的連接處不存在泄露。圖 22 料液箱示意圖 Sketch map of the reagent box18上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 乳化液膜分離試驗(yàn)研究三、試驗(yàn)操作步驟：為了研究不同膜材料和不同規(guī)格膜組件對(duì)分離效果的影響因素，在試驗(yàn)的過(guò)程中，要在已設(shè)計(jì)好的試驗(yàn)裝置上，通過(guò)使用不同的膜組件并控制影響膜分離效果的一些參數(shù)（如溫度，壓力等），得到不同參數(shù)條件下不同種類的膜材料對(duì)料液的分離效果，而后在滿足透過(guò)液含油量小于15ppm的條件下，選出分離效果最佳的膜和工作參數(shù)。試驗(yàn)液體“C”的成分計(jì)算：試驗(yàn)所需體積凈值：300L；試驗(yàn)液體“C”中的乳化液體積： m3=；試驗(yàn)液體“A”重量：25= kg；試驗(yàn)液體“B”重量：25= kg；表面活性劑重量:=；氧化鐵重量： = kg；在試驗(yàn)液體箱內(nèi)制成試驗(yàn)液體，如圖 2－2 所示；離心泵 B 運(yùn)行一小時(shí)，確認(rèn)試驗(yàn)液體表面無(wú)浮油。含油污水試驗(yàn)液體根據(jù) (49)決議修訂的船舶機(jī)器處所艙室水防污染設(shè)備指南和技術(shù)條件配制，符合技術(shù)條件的各項(xiàng)要求，并同時(shí)采用油水分離器進(jìn)行機(jī)械分離，然后料液進(jìn)行超濾膜分離，使裝置的分離過(guò)程更加接近實(shí)際。一、試驗(yàn)?zāi)康谋驹囼?yàn)旨在通過(guò)對(duì)各種材料不同規(guī)格的膜組件進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證相應(yīng)膜組件的分離效果，確定產(chǎn)品的工藝流程和選用膜的材料和規(guī)格，優(yōu)化操作條件并指出膜污染的影響及其解決或減少污染的措施，為后續(xù) 15ppm 船舶艙底水分離裝置的膜分離部分的研制提供具體的指導(dǎo)意見和方法。通向離心泵的出口應(yīng)盡量設(shè)在該箱的低位。圖 21 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖 System of the experiment16上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 乳化液膜分離試驗(yàn)研究本試驗(yàn)系統(tǒng)采用雙向流膜組件設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn)乳化液的超濾實(shí)驗(yàn)，膜組件的安裝易于更換，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種材料及截留分子量的膜組件進(jìn)行試驗(yàn)。中空纖維膜組件裝填密度極大，且不需外加支撐材料；但膜易堵塞，清洗不容易。將大量的中空纖維一端封死，另一端用環(huán)氧樹脂澆注成管板，裝在圓筒形壓力容器中，就構(gòu)成了中空纖維膜組件，也形如列管式換熱器。管式膜組件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、操作方便，流動(dòng)狀態(tài)好，但裝填密度較小。管式膜組件是把膜和支撐體均制成管狀，使二者組合，或者將膜直接刮制在支撐管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，將數(shù)根膜管(直徑10～20mm)組裝在一起就構(gòu)成了管式膜組件，與列管式換熱器相類似。螺旋卷式膜組件結(jié)構(gòu)緊湊，裝填密度可達(dá)830～1660m2／m3。組裝時(shí)在膜袋上鋪一層網(wǎng)狀材料(隔網(wǎng))，繞中心管卷成柱狀再放入壓力容器內(nèi)。螺旋卷式膜組件也是采用平板膜，其結(jié)構(gòu)與螺旋板式換熱器類似。在多孔支撐板兩側(cè)覆以平板膜，采用密封環(huán)和兩個(gè)端板密封、壓緊。（3）膜分離組件及運(yùn)行模式[22] [25]膜組件是將一定膜面積的膜以某種形式組裝在一起的器件，在其中實(shí)現(xiàn)混合物的分離。對(duì)于復(fù)合膜，可優(yōu)選不同的膜材料制備致密皮層與多孔支撐層，使每一層獨(dú)立的發(fā)揮最大作用。此外，也可在多孔支撐層上覆蓋一層不同材料的致密皮層構(gòu)成復(fù)合膜。非對(duì)稱膜的橫斷面具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。對(duì)稱膜又稱為均質(zhì)膜，是一種均勻的薄膜，膜兩側(cè)截面的結(jié)構(gòu)及形態(tài)完全相同，包括致密的無(wú)孔膜和對(duì)稱的多孔膜兩種。無(wú)機(jī)分離膜包括陶瓷膜、玻璃膜、金屬膜和分子篩炭膜等。14上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 乳化液膜分離試驗(yàn)研究（2） 膜的材料與結(jié)構(gòu)[22] [25]目前使用的固體分離膜大多數(shù)是高分子聚合物膜，無(wú)機(jī)材料分離膜在近年來(lái)也得到了迅速的發(fā)展。濃差極化、膜面吸附和粒子沉積作用均是納濾膜被污染的主要原因。納濾膜另一個(gè)顯著特征是它通常是荷電膜，這是納濾膜在較低壓力下仍具有較高脫鹽性能的原因。反滲透膜幾乎對(duì)所有的溶質(zhì)都有很高脫除率，但納濾膜只對(duì)特定的溶質(zhì)具有高脫除率。納濾膜早期被稱作“疏松反滲透膜”。反滲透過(guò)程因?yàn)橥枯^低和傳質(zhì)系數(shù)比較大，在使用過(guò)程中受濃差極化的影響較小，而溶質(zhì)在膜面的吸附和沉積被認(rèn)為是膜污染的主要原因。反滲透被認(rèn)為是最精密的膜法液體分離技術(shù)，它對(duì)溶解性鹽截留率很高但允許水分子透過(guò)。超濾過(guò)程一般通量較高，而溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)低，因此受濃差極化的影響較大，所遇到的污染問(wèn)題也常與濃差極化有關(guān)。超濾膜分子量截留范圍大致為1000～300000，其分離機(jī)理被認(rèn)為是物理篩分過(guò)程。微濾膜的孔徑較大，常用