陶瓷膜过滤细微颗粒悬浮体系的数学模拟

通过对陶瓷膜过滤悬浮液过程中单颗粒的受力分析,获得了可沉积颗粒临界粒径(xcrit)的计算公式。计算的xcrit值与实验测定的沉积层内的粒径分布一致:随颗粒粒径的增大,xcrit呈先增大后减小的趋势。在讨论xcrit与颗粒粒径(dp)、膜孔径(dm)关系的基础上,将微滤过程按dp/dm的比值分为三种类型:dp/dm≤1,颗粒迅速阻塞膜孔;1<dp/dm≤10,颗粒在膜表面形成连续滤饼;dp/dm>10,颗粒对膜孔口覆盖,在膜表面形成不连续滤饼。并以此为基础建立了预测陶瓷膜过滤不同粒径和粒径分布的颗粒悬浮液渗透通量的数学模型。计算结果与实验结果的比较表明:本模型对文献模型的改进之处是适用范围从1<dp/dm≤10扩展到0.48≤dp/dm≤120;在操作压力对渗透通量的影响计算中,假设滤饼层孔隙率不变的计算结果与实验结果一致,说明此体系的滤饼是不可压缩的;在错流速率对渗透通量的影响计算中,假定滤饼层孔隙率随错流速率成指数变化的计算结果比假定沉积层孔隙率随错流速率不变的计算结果好,说明错流速率的变化同时影响滤饼层内颗粒的粒径分布和其形成的滤饼层的结构。