微滤技术是膜分离领域的重要组成,被广泛应用于工业化生产过程中。影响微滤过程操作效率、膜分离性能的主要问题是膜污染。在膜组件中安装湍流促进器,能够改善膜内水力学流动特性,减缓颗粒在膜面的沉积,从而缓解了膜污染的形成,是被广泛认可的用于提高膜分离效率,强化微滤过程性能的有效方法之一。本文自主设计搭建了具有中试规模的过滤实验平台,分别进行了硅藻土和酵母菌悬浮液错流微滤实验研究,并在膜组件中安装了自行设计的湍流促进器,结合实验与流场数值模拟,验证了湍流促进器对微滤过程的强化作用。(1)利用搭建好的中试实验平台(处理量最高为16m3/h)分别进行了硅藻土和酵母菌悬浮液错流微滤实验,考察了操作参数(进料流量、跨膜压差、进料浓度)和物性参数(膜孔径、料液颗粒粒径分布)等对微滤性能的影响,确定了最佳的操作工艺。实验研究发现,当进料流量为6m3/h时,膜通量最大,达到535.54L/m2·h,过滤阻力最低。跨膜压差在0.10-0.12MPa范围内微滤性能最优。膜孔径和悬浮液中颗粒粒径对微滤过程污染阻力及其组成具有显著影响。(2)在管式膜组件中安装一系列挡板组合作为湍流促进器,考察了挡板结构参数(挡板半径、挡板扇形角)和挡板排列形式(挡板间距、挡板排列相位角)等对微滤过程强化效果的影响。实验研究发现,安装各形式挡板组合后的管式膜渗透通量均显著高于无挡板管式膜,且过滤阻力减小。通过对比不同挡板结构及排列对强化传质效率的影响规律,确定了最优的湍流促进器结构形式。(3)利用计算流体力学软件Fluent建立了添加各挡板组合的管式膜三维数值模型,模拟了膜组件内湍流流动。考察了挡板结构参数(挡板半径、挡板扇形角)和挡板排列(挡板间距、挡板排列相位角)等对膜内水力学特性的影响规律。模拟结果显示,挡板的存在极大地增强了膜面剪切力及湍动能,对微滤过程的强化作用显著。此外,挡板的存在也引起膜内静压损失,综合考察挡板强化效果极其附加能耗,确定了最优的挡板结构参数及排列形式。模拟结果与实验结果取得了较好的一致性,为膜组件结构的优化提供了必要数据。利用中试规模实验平台进行的错流微滤工艺研究,为微滤过程强化装置的工业放大设计提供了必要的基础数据。