陶瓷膜具有强度高、耐高温、耐腐蚀、分离效率高等优点在气固分离领域展现出广阔应用前景,但在工业应用中存在的难题是:过滤过程粉尘颗粒易堵塞膜管微孔,从而导致膜通量下降、过滤效率降低。采用压缩气体对堵塞的膜管进行反吹清灰是控制膜污染实现膜再生的有效手段。但目前研究多关注于反吹过程工艺参数的优化控制,对该过程气体流场分布及对膜污染控制的影响研究仍较少。因此,本文通过设计搭建陶瓷膜气固分离装置,对气固分离过程中流场分布进行研究,通过实验与数值模拟相结合,分析分离过程中影响膜再生效率的因素,并进行优化设计,提高膜再生效率。本论文主要研究工作如下:1.陶瓷膜气固分离试验装置设计搭建。按最大满足工业尺寸膜管试验要求,对陶瓷膜气固分离试验装置各部分进行结构尺寸设计和理论计算,采用压力计、流量计等对装置实验信号进行采集,通过变频器实现装置的参数调控与时间继电器限时控制,所开发的装置具备发尘、粉尘捕集、卸灰、反吹清洗等功能,可满足不同尺寸膜管的气固分离实验及仿真验证要求。2.陶瓷膜气固分离过程膜污染模拟试验。考察了操作压力、时间、反吹再生参数等对陶瓷膜通量、压差、滤饼分布等的影响,结果表明:随工作时间延长,陶瓷膜反吹再生通量恢复率逐渐降低,由于流场分布不均,膜管表面截留滤饼及反吹清洗后残留滤饼分布不均,这是导致膜污染累积的重要因素。3.陶瓷膜气固分离过程流体特性数值模拟。利用CFD-Fluent对滤筒进行三维物理建模,利用ICEM非结构网格划分,湍流模型选择标准k-ε模型,颗粒相采用欧拉-拉格朗日离散相模型,膜管部分选择多孔介质模型,采用SIMPLE算法求解。结果表明:计算值与模拟值接近,模型选择基本正确。陶瓷膜气固分离过程,大部分粉尘颗粒易被冲击到装置的远进口壁面,多数颗粒集中在装置远进口侧;反吹时,气流速度沿膜管轴向距离递减,速度极差大,高压气体对膜管底部作用微弱。4.针对陶瓷膜气固分离过程两相流体分布不均、反吹高压气体沿膜管轴向衰减导致膜污染累积的问题,通过数值模拟方法对陶瓷膜分离装置进行结构优化,结果表明:通过添加距滤筒底部285mm固定角度25°的分流板,装置内流体分布均匀度得到明显提高;控制反吹喷头距膜管4-6cm,可有效改善反吹高压气流在膜管中的分布,在气体损耗最低的前提下,使膜管表面速度极差值最小。5.为进一步改善反吹再生过程气流分布,采用CFD数值模拟方法对陶瓷膜管进行优化设计,结果表明:陶瓷膜反冲再生过程,膜管的粘性阻力系数对反吹气流沿轴向速度分布有重要影响,通过分段调控膜管粘性阻力可使膜管轴向位置表面反吹气流速度均匀度得到改善,从而提高膜清洗再生效率。