直接接触式膜蒸馏脱盐过程与热量回收研究

摘要

膜蒸馏是一种将膜技术与蒸馏技术相结合的新型分离过程，具有广泛的应用场合。直接接触式膜蒸馏是膜蒸馏的一种，其特点决定了这种操作方式最适合于卤水脱盐、海水淡化等透过组分为水的操作。面对目前淡水资源短缺的现状，我国在提倡建设节约型社会的同时，已把发展海水淡化作为有效解决淡水问题的重要方法之一。研究直接接触式膜蒸馏的脱盐过程对于开发新的海水淡化方法与技术具有重要的理论和实际意义。 本论文在选择实用性中空纤维膜的基础上研究探讨直接接触膜蒸馏的脱盐过程，初步探讨膜组件的组合工艺和热量的有效利用方式。 首先测试了多种疏水性的商用中空纤维多孔膜，结合直接接触式膜蒸馏的过程要求，最终选择了一种性能优良的聚丙烯中空纤维膜进行膜蒸馏过程的实验研究。结合高温侧流体的温度极化效应对膜过程影响大这一缺点，设计了错流式的中空纤维膜组件和一套相应的直接接触式膜蒸馏实验装置。 在此基础上，测试了各种实验条件下料液的盐(NaCl)浓度(0％-10％)对膜透过通量的影响，结果表明在测试的浓度范围内，料液的浓度对中空纤维直接接触式膜蒸馏的传热与传质影响很小，特别是在错流形式的膜组件内浓度极化效应被最大程度的减弱，以至于料液含盐量在0％-10％的范围内膜通量几乎没有差别。本文工作分别以冷凝液的进口温度、冷凝液流速、进料液流速和料液进口温度四个操作参数为变量，通过大量的交叉实验，系统地探讨了不同参数对单一膜组件系统的透过通量与传热的影响，结果表明直接接触式膜蒸馏的各种参数之间是交互影响的，而且在较高温度和流速范围内各因素之间的相互影响程度更大。 在对错流中空纤维直接接触膜蒸馏的研究中还发现，料液高温侧的温度极化效应在较高的料液流速下得到了有效克服，但在中空纤维内侧冷凝液的温度极化效应即使在较高的流速范围内仍然较显著。实验结果显示进料液的参数对膜组件通量的影响较冷凝液的参数更显著。在所有测试实验中膜的脱盐率达到99.9％，最高产水通量在进料温度95℃，冷却水温度29℃，进料流速131kg/h，冷却水流速87kg/h时达到34kg/m2h。 探讨了膜组件的组合工艺和热量回收的可行性，计算整个流程的组件产率，流程回收热能的效果，计算热量回收效率，结果显示与蒸馏过程的热能有效利用率相比，热能回收效果显著。

目录

文摘

英文文摘

声明

前言

第一章文献综述

1.1膜蒸馏的概念与基本原理

1.2膜蒸馏技术的发展历史与现状

1.3膜蒸馏的传递过程及其操作条件的影响

1.3.1膜蒸馏过程的传质特性

1.3.2膜蒸馏中的传热问题

1.3.3操作条件对传质通量的影响

1.4膜蒸馏的应用

1.5本文工作

第二章直接接触式膜蒸馏实验

2.1基本理论与计算过程

2.1.1直接接触式膜蒸馏过程的传质

2.1.2直接接触式膜蒸馏过程的传热

2.2实验部分

2.2.1膜组件的制备

2.2.2实验设备

2.2.3操作流程

第三章实验结果与分析

3.1含盐浓度对单一组件直接接触式膜蒸馏的影响

3.2操作参数对单一组件直接接触式膜蒸馏的影响

3.3多级组件膜蒸馏实验结果与计算

3.4本章小结

第四章结论与展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

附录

发表论文和科研情况说明

致 谢