节能型卷式气隙式膜蒸馏组件的设计与过程研究

发布时间：2020-06-12 08:24

【摘要】：膜蒸馏是膜技术与传统蒸馏过程相结合的一种新型分离技术,具有设备简单、操作条件温和及可利用低品位热源的优点,常常与太阳能、废热源系统耦合,在高盐废水处理、果汁浓缩等领域引起了广泛关注。然而,膜蒸馏在规模化应用方面进程缓慢,关键制约因素之一是膜蒸馏过程中高热耗的问题。在蒸发过程中,回收二次蒸气潜热是降低过程能耗的有效手段,研制热量回收式新型膜组件是当前膜蒸馏技术与装置研究的焦点之一。基于此,本文采用平板疏水膜耦合中空纤维换热管的方式设计并制备了一种负压辅助的新型卷式气隙式膜蒸馏组件,结合气隙式膜蒸馏和减压膜蒸馏的优势,通过在渗透侧提供负压以提高膜两侧的蒸气压差,使膜组件同时具备高热效率和高通量的优点,并通过单级和多级放大实验充分验证了其技术可行性和经济性。在单级膜蒸馏实验中,以质量分数3.5%的氯化钠溶液为研究对象,系统的考察了膜组件参数和运行条件对膜组件脱盐产水性能的影响,并进行了长期稳定性实验。结果显示,提高膜孔径、换热管导热系数和热料液进料温度可有效提高膜通量和造水比;组件有效长度、进料流量和冷料液进料温度的改变会使得组件膜通量和造水比出现相反的变化趋势;气隙厚度和渗透侧真空度过大或过小都会使得组件的综合性能下降。组件长期运行稳定性良好。在单级膜蒸馏实验的基础上,进行了三级膜蒸馏实验装置的放大研究,分析对比了不同操作条件对单级和多级膜蒸馏装置脱盐产水能力的影响。实验结果表明:以组件串联形式连接的多级膜蒸馏装置的膜通量虽有所下降,但系统总的产水量和造水比都有很大的提高。整个实验过程中得到的最大膜通量和造水比分别为16.38 kg?m~(-2)?h~(-1)、3.77,截留率始终大于99.95%。即该新型膜蒸馏系统在获得高通量的同时也能保持较好的热回收效果以及良好的脱盐效果,对后期高效节能型膜蒸馏组件的研发和应用具有重要的参考价值。
【图文】：

蒸馏概述馏（Membrane Distillation，MD）技术起源于上个世纪八膜分离技术与传统蒸馏过程相结合的新型分离过程。与传，膜蒸馏也是以气液平衡为基础，依靠蒸发潜热来实现相1]。该过程以只允许气态分子通过的疏水微孔膜为隔离介的不同使得传递组分的蒸汽压存在差异，在蒸气压差的推挥发性组分以蒸气形式通过膜孔，在膜的另一侧被冷凝收效分离或提纯，如图 1-1 所示。膜蒸馏过程通常具有以下几须是疏水性多孔膜（孔径分布一般在 10 nm 到 1 μm 之间料液浸湿，且膜孔中不会发生毛细管冷凝现象；膜的一侧但不会影响料液本身各组分的气液相平衡；过程的直接推两侧的蒸气分压差，且组分是以蒸气形式穿过膜孔的。

第 1 章 文献综述1.1.2 膜蒸馏的分类在膜蒸馏过程中，原料液和膜直接接触，根据挥发性组分在膜的渗透侧被冷凝和收集方式的不同，，一般可分为以下四类[16, 17]（如图 1-2 所示）：直接接触式膜蒸馏（Direct Contact Membrane Distillation, DCMD）、气隙式膜蒸馏（Air GaMembrane Distillation, AGMD ）、吹扫式膜蒸馏（ Sweeping Gas MembranDistillation, SGMD）和减压膜蒸馏（Vacuum Membrane Distillation, VMD）。现将四种不同操作方式的膜蒸馏过程简要介绍如下：
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ028.8

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本文编号：2709260