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摘 要

膜分离技术作为二十一世纪最具有发展潜力的技术之一，与传统分离技术相比更加符合可持续发展战略方针，且具有机械强度高、化学稳定性好，耐酸碱腐蚀性强、可加工手段多样、可焊接等特点，故在食品行业、生物医学、化工石油、污水净化等领域都得到了广泛的应用。国内在不锈钢膜气固分离方面的研究不足，并没有形成统一的衡量其除尘性能的标准，因此需要进行实验研究。本文的主要内容有：

1. 首先是金属粉末烧结的不锈钢膜的选型。根据实验所用空气源中粉尘的粒径分布选择两种具有不同孔径分布的、粉末尺寸合适不锈钢膜，对其标号为A₁、A₂、A₃、B₁、B₂、B₃。
2. 考察多孔不锈钢膜的除尘性能。以空气源为分离体系，除尘效率、膜通量和过滤精度作为衡量膜除尘性能的指标，采用单一变量实验方法进行测试，考察膜孔径、过滤时间、气体流量等因素对除尘性能的影响。
3. 对实验所用的膜管进行仪器表征。
4. 采用控制变量法考察了膜除尘性能与过滤时间、气体流量、膜孔径分布之间的关系。

关键词：金属粉末烧结 多孔不锈钢膜 除尘性能 控制变量法

Study on Dust Removal Performance of Porous Stainless Steel Membrane

ABSTRACT

Membrane separation technology, as one of the most promising technologies in the early 20th century, is more green and energy-saving compared with traditional separation technologies , such as distillation, extraction, flash evaporation. In addition, Membrane separation technology has many characteristics, such as high mechanical strength, good chemical stability, strong resistance to acid and alkali corrosion, various processing methods, welding , and so on. Therefore, it has been widely used in many industry including food industry, medicine, chemical oil, water treatment ,and many more .The lack of research on gas-solid separation of stainless steel membranes in China has not formed a unified standard to measure its dust removal performance. As a result, experimental studies are needed. The main contents of this article are:

1. The first step is the selection of metal stainless steel membranes. According to the particle size distribution of the dust in the air source used in the experiment, two stainless steel membranes with different pore size distributions are selected, and their numbers are A1, A2, A3, B1, B2 and B3.
2. Investigation of dust removal performance of porous stainless steel membrane.With air source as the separation system, dust removal efficiency, membrane flux and filtration precision as indexes to measure the dust removal performance of the membrane, a single-variable experimental method was used to test the effect of membrane pore size, filtration time, gas flow rate and other factors on the dust removal performance.
3. Instrumental characterization of the membrane tube used in the experiment.
4. The relationship between membrane dust removal performance and filtration time, gas flow, and membrane pore size distribution was investigated using the control variable method.

Keywords：metal powder sintering;porous stainless steel membrane;dust removal performance;Control Variable

目录

摘 要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章文献综述 1

1.1课题背景和目的 1

1.2烧结金属多孔过滤材料 1

1.2.2烧结金属丝网 3

1.2.3烧结金属纤维毡 4

1.2.4金属粉末烧结 5

1.3多孔不锈钢膜简介 7

1.3.1多孔不锈钢膜孔结构及分类 7

1.3.2多孔不锈钢膜过滤材料的过滤原理 8

1.3.3多孔不锈钢过滤材料的气固分离机理 8

1.4 多孔不锈钢膜的国内外研究现状 8

1.4.1国内研究现状 8

1.4.2国外研究现状 9

1.5多孔不锈钢膜的应用 10

1.5.1多孔不锈钢膜应用于洁净煤技术 10

1.5.2多孔不锈钢膜应用于生物制药 10

1.5.3多孔不锈钢膜应用于在食品生产 10

1.5.4多孔不锈钢膜应用于石油化工 10

1.5.5多孔不锈钢膜应用于水处理 11

1.6不锈钢膜的表征方法 11

1.6.1膜孔径 11

1.6.2膜分离性能 12

1.6.3过滤精度的表征 12

1.7本实验研究内容 12

第二章 实验装置和过滤系统 14

2.1仪器装置 14

2.2膜表征 14

2.2.1膜孔径和通量测试 14

2.3实验过滤体系 16

2.4实验装置 17

第三章 实验数据分析与结果 18

3.1不锈钢粉末选择 18

3.2各因素对膜除尘性能的影响 18

3.2.1过滤时间 18

3.3.2气体流量 20

3.3.3膜孔径分布 21

3.3.4气体颗粒浓度 22

3.3.5粒子尺寸 23

3.3.6静置时间 25

3.3膜管再生 26

第四章 总结与展望 27

4.1小结 27

4.2展望 27

参考文献 28

致谢 31

第一章文献综述

1.1课题背景和目的

二十一世纪，现代工业迅速发展，提升了人们的物质生活水平，但同时也破坏了人们赖以生存的环境。工业日常的排放废气中含有大量的粉尘颗粒,直接排放入大气造成严重的空气污染，含尘气体颗粒物的处理已成为解决环境污染问题的一个重要突破方向^[1]。颗粒悬浮物是国内大部分地区空气中的最大污染来源^[2]，且空气中尺寸小于10um颗粒所占比例达55%以上^[3]，不仅影响植物正常生长,腐蚀道路和楼房，这些尘土上堆积的有害物质如细菌、病毒、可溶性物质等，会通过呼吸作用进入人体肺毛细血管，影响人类身体健康,导致心血管疾病和呼吸道疾病率的增加^[4]。民众日益关心和呼吁环保问题，推进发展更高效气固分离技术。世界发达国家如美国、日本、德国等都正致力于烟气含尘排放趋向“零”浓度的目标,即气固分离装置出口浓度接近空气含尘浓度^[5]。随着我国综合国力不断提高，政府也愈发重视环保工作，因此除尘技术在海内外都具有广阔的应用前景。现代工业生产装置日益趋近集成化和大型化，实现除尘技术在各个生产行业中高效应用显得尤为重要^[6]。因此，不需要消耗能量且能选择通过性分离混合物的膜分离技术就成为了高效除尘新的研究方向。

在膜应用领域中，与有机聚合膜相比无机膜表现出更为显著的耐化学性和热稳定性，在恶劣工业环境中表现出应用潜力。陶瓷空心纤维具有高度不对称和多孔结构，有助于膜中的快速传质。但其机械强度较低，在涉及高流速和剧烈振动的工业过滤过程中容易出现裂纹。延性金属中空纤维具有优异机械强度，其中不锈钢材料由于耐化学性和耐热性稳定而被广泛研究^[7]。

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