第11卷第5期 2011年10月
过程工程学报
The Chinese Joumal of Process Engineering
用于浆态床费托合成的错流过滤数学模型的研究进展
张占柱，宗保宁
唐晓津，
郑博，
(石油化工科学研究院，北京100083)
Vol.11 No.5 Oet2011
摘要：分析了浆态床费托合成错流过滤过程中滤膜污染的机理，并分别综述了三相过滤和两相过滤过程中数学模型的研究进展，根据阻力不同，将模型分为堵塞阻力模型、滤饼层阻力模型和组合阻力模型。在对现有模型研究总结的
基础上，通过对比和分析指出了组合阻力模型是浆态床费托合成错流过滤数学模型研究的方向，关键词：浆态床；费托合成；错流过滤；数学模型；阻力
中图分类号：TQ028.8；TQ028.5 1前言
文献标识码：A
随着全球石油资源的日益短缺和消耗石油资源所引起的环境污染问题日益严重，人们将更多的目光投向了通过非石油路线来解决当前的能源问题和环境问题通过费托合成将煤(或天然气)转化为液体燃料的GTL(GastoLiquid)技术不仅可解决石油资源短缺问题，还可生产对环境友好的清洁燃料.目前费托合成主要包括固定床、流化床和浆态床等3种技术路线，其中浆态床由于具有反应器结构简单、长链烃产率高和传热效果好等优点而受到广泛关注：但浆态床所用催化剂粒径通常在 1~50μm之间，因此，如何实现液态产品与催化剂的完全分离成为浆态床费托合成技术工业化的瓶颈
目前浆态床费托合成技术的固液分离主要采用过滤分离方法"2]，而错流过滤因其具有过滤阻力小、操作周期长等优点越来越受到重视[3-6，错流过滤过程是悬浮液在压力、离心力或其他外力的推动下与过滤介质表面呈平行或旋转的剪切流动，对滤饼层具有一定的剪切作用，使过滤介质表面只积存少量的固体颗粒，过滤阻力大大降低，过滤周期也得以延长17，尽管错流过滤技术具有设备结构简单、操作方便、分离精度高和节能等优点，但过滤过程中滤膜仍会受到污染，造成过滤阻力增加，导致膜通量随操作时间增加而不断降低[89)
通常认为过滤过程中滤膜的污染主要是由颗粒吸附(孔内部吸附)、孔堵(孔内部堵塞和孔表面覆盖)、浓差极化和滤饼层引起的10)，具体的滤膜污染示意图如图 1所示.
由滤膜污染造成的阻力连同纯膜阻力一起构成了过滤过程的总阻力，而过滤过程的总阻力对渗透通量 J(m/s)的影响可采用Darcy定律来描述：
文章编号：1009-606X(2011)05-089407
Supply Jc
Co
4e
Diffasion
·
enhratior polerizatie
(R)
?O
00
Fihrate
图1滤膜污染示意图
Membran resistane(R)
Fig.1Fouling process ofmembrane
4p
dr"μR,μ(R,+R)
a Aepaneg
latenal foulinp(R)
(1)
式中，A为过滤面积(m)，dV/dr为滤液体积的变化率(m"/s)，4p为跨膜压差(Pa)，μ为滤液动力粘度(Pa-s) R,为过滤总阻力(m"")，R.为纯膜阻力(m"")，Rr为膜污染阻力(m")，R=Rm+R=Rm+R,+R,+R，其中，R,为孔内部污染阻力(m"")，R，为浓差极化阻力(m"")，R为滤饼层阻力(m")
由式(1)可看出，过滤过程的总阻力是影响渗透通量变化的重要因素，而总阻力中的膜污染阻力不仅影响因素众多，且污染机理复杂，因此有必要对膜污染的机理进行深入研究，建立能准确描述错流过滤过程的数学模型，为错流过滤技术在浆态床费托合成领域的工业应用提供理论指导[7,11-13]
本工作对涉及浆态床错流过滤机理和模型的文献进行了深入和系统的调研，总结了错流过滤过程的研究现状，希望为错流过滤技术在浆态床费托合成领域实现
收稿日期：2011-05-16，修回日期：2011-0627
作者简介：郑博(1986-)，男，黑龙江省哈尔滨市人，硕士研究生，主要从事案态床反应器技术研究：唐晓津，通讯联系人，Tel:13810028746，
E-mail:tangxjiripp@sinopec.com
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