中空纤维膜蒸馏高浓度盐水过程强化及在海水淡化中的应用

发布时间：2017-03-31 09:38

  本文关键词：中空纤维膜蒸馏高浓度盐水过程强化及在海水淡化中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对当前膜蒸馏(MD)技术中存在的膜通量低、膜污染、难以长期稳定运行等限制性问题,本文采用聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜,通过脉冲流、气液两相流、以及二者联合的方式强化气扫式膜蒸馏(SGMD)工艺过程,提高传质与抗污性能,有效地延长膜寿命,主要研究成果如下:(1)在脉冲法强化SGMD工艺中,探究了脉冲参数对膜性能的影响,并设计L16(45)正交部分析因实验(OFF)找出影响渗透性能的主次因素,对比探究脉冲流与稳定流对渗透通量与膜污染的影响。相对于稳定流而言,在较短脉冲时长(0.5 s)和较小脉冲频率(1min-1)条件下,脉冲进料能有效地提高渗透通量,为16.08%。L16(45)OFF试验结果显示Tf-in为影响渗透通量的主导因素,且最优的参数值组合分别为Qf为50 L·h-1;Tf-in为333 K;Tc为283 K;Qa为0.84 m3·h-1;FF为12.8%。相对于稳定流,脉冲进料能有效延迟饱和NaCl溶液(333 K)由于晶体沉积堵塞膜孔而导致通量急剧下降的发生,且热效率增加高达56.7%。膜表面污染物的观测结果与实验结果相符。(2)在气液两相流强化SGMD工艺中,考察了气泡参数对膜性能的影响。结果显示当鼓气间歇时长为30 s时,在较长的鼓气间歇时长(3 min)条件下通量强化比能最有效地提高,为1.52。此外,当气泡流速处于较低水平时,渗透通量随气泡流速增加而增加,但最终达到一个阈值。当气泡具有较高的相对湿度(80%)时,渗透通量是未鼓气组的1.62倍。在间歇鼓气系统中,当气泡较小(2.2 mm)时,可获得较高的通量强化效果,同时能明显地抑制通量的急剧下降。此结果与膜表面的污染沉积物的SEM图相符。(3)在脉冲流耦合气液两相流强化SGMD(PG SGMD)工艺中,以高浓度盐水(333 K饱和NaCl溶液)为进料液,考察了重复性PG SGMD实验对MD工艺渗透、疏水性能的影响,并对比研究了不同强化方法对渗透通量、膜污染、热效率的影响。重复性试验发现渗透通量的再现性较好,膜的疏水性能也较优,截留率均高达99.7%以上。强化对比实验在强化渗透通量方面,GSGMDPSGMDPG SGMD。热效率分别是29.40%、30.74%、33.05%,相对稳定流SGMD工艺,热效率分别强化了6.14%、10.99%、19.31%。膜表面沉积层的SEM图证实了渗透通量结果。(4)采用SGMD工艺进行海水淡化,探究操作参数对膜渗透性能的影响,长时间运行过程膜的稳定性,不同强化方法对渗透通量、膜污染、热效率的影响。当进料流速和进料温度分别为80 L·h-1和353 K时,渗透通量可达最大值2.0 L·m-2·h-1。在2180 min长时间连续实验中,发现渗透通量在0-910 min处于较稳定水平(~4.5 L·m-2·h-1),但在910-2180 min内,渗透通量逐渐下降,最后降至2.41 L·m-2·h-1。强化对比实验结果显示鼓气通量强化效果最佳,热效率高达49.21%,相对于稳定流,增加了27.76%。渗透通量结果与膜表面形态的SEM图相吻合。
【关键词】：气扫式膜蒸馏 脉冲流 气液两相流 膜污染 海水淡化
【学位授予单位】：海南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P747;TQ051.893
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-31
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 膜蒸馏技术12-24
• 1.2.1 膜蒸馏技术简介12-14
• 1.2.2 膜蒸馏的基本理论14-19
• 1.2.2.1 膜蒸馏的传质过程14-17
• 1.2.2.2 膜蒸馏的传热过程17-19
• 1.2.3 膜材料19-21
• 1.2.4 膜污染21-23
• 1.2.5 疏水膜的润湿现象23-24
• 1.3 中空纤维MD强化方法简介24-28
• 1.3.1 膜的改性24-25
• 1.3.2 优化膜组件25-26
• 1.3.2.1 改变膜的几何形态25
• 1.3.2.2 增置湍流促进器25-26
• 1.3.3 强化膜过程26-28
• 1.3.3.1 超声场强化26-27
• 1.3.3.2 微波场强化27
• 1.3.3.3 鼓气强化27-28
• 1.4 研究内容28-29
• 1.5 本研究的创新点29-31
• 第二章 脉冲流强化高浓度盐溶液膜蒸馏过程31-43
• 2.1 实验材料与装置31-33
• 2.1.1 实验试剂与设备31-32
• 2.1.2 膜与膜组件32
• 2.1.3 实验装置32-33
• 2.2 正交部分析因(OFF)试验设计33-36
• 2.2.1 OFF试验简介33-34
• 2.2.2 试验指标的选择34
• 2.2.3 OFF试验的因素和水平34-36
• 2.2.4 OFF试验数据直接分析36
• 2.2.4.1 指标的求和与均值分析36
• 2.2.4.2 极差分析36
• 2.3 结果与讨论36-42
• 2.3.1 脉冲时长对PSGMD性能的影响36-37
• 2.3.2 脉冲频率对PSGMD性能的影响37-38
• 2.3.3 OFF试验结果分析38-40
• 2.3.3.1 不同因素对传质效果的影响38-39
• 2.3.3.2 极差分析39-40
• 2.3.4 PSGMD和SSGMD对比实验40-42
• 2.3.4.1 渗透通量对比40-41
• 2.3.4.2 膜污染对比41-42
• 2.3.4.3 热效率对比42
• 2.4 本章小结42-43
• 第三章 鼓气强化高浓度盐溶液膜蒸馏过程43-53
• 3.1 实验材料与方法44
• 3.1.1 实验试剂与设备44
• 3.1.2 膜与膜组件44
• 3.1.3 实验装置44
• 3.2 气液两相流简介44-45
• 3.3 气泡参数对GSGMD过程的影响45-48
• 3.3.1 气泡鼓歇比强化传质效果的影响45-46
• 3.3.2 气泡流速对强化传质效果的影响46-48
• 3.4 气泡大小对间歇GSGMD过程的影响48-52
• 3.4.1 渗透通量对比48-49
• 3.4.2 膜污染控制对比49-51
• 3.4.3 热效率对比51-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 脉冲流耦合鼓气强化高浓度盐溶液膜蒸馏过程53-61
• 4.1 实验材料与方法53-54
• 4.1.1 实验试剂与设备54
• 4.1.2 膜与膜组件54
• 4.1.3 实验装置54
• 4.2 P&G SGMD重复性实验对工艺性能的影响54-55
• 4.2.1 对渗透通量的影响54
• 4.2.2 对渗透液电导率和截留率的影响54-55
• 4.3 不同强化方法对比实验55-58
• 4.3.1 渗透通量对比55-56
• 4.3.2 膜污染控制对比56-58
• 4.3.3 热效率对比58
• 4.4 本章小结58-61
• 第五章 气扫式膜蒸馏海水淡化实验的研究61-69
• 5.1 实验材料与方法61
• 5.1.1 实验试剂与设备61
• 5.1.2 膜与膜组件61
• 5.1.3 实验装置61
• 5.2 操作参数对气扫式膜蒸馏过程的影响61-63
• 5.2.1 进料流速对膜性能的影响61-62
• 5.2.2 进料温度对膜性能的影响62-63
• 5.3 膜的稳定性能考察63-64
• 5.4 不同强化方法对比实验64-67
• 5.4.1 渗透通量对比64-66
• 5.4.2 膜污染控制对比66-67
• 5.4.3 热效率对比67
• 5.5 本章小结67-69
• 第六章 结论与展望69-73
• 6.1 结论69-70
• 6.2 展望70-73
• 参考文献73-83
• 附录一 攻读硕士学位期间取得的研究成果83-85
• 致谢85-86
• 学位论文答辩委员会决议86

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