气扫式多效膜蒸馏过程研究

针对气扫式膜蒸馏(SGMD)过程能耗高的问题,设计了1种气扫式多效膜蒸馏(SGMEMD)过程,其特征是在传统SGMD过程中设立独特的热量回用系统。该系统同时具有蒸汽的换热冷凝与料液的预热升温双重作用,从而实现蒸汽潜热的梯级回收利用。实验研究了吹扫气流速、料液循环流量、膜组件内料液与吹扫气流向、料液浓度对SGMEMD过程膜蒸馏通量和造水比(GOR)的影响。结果表明,当采用质量分数2.5%的NaCl溶液作为原料液,料液温度为78℃、循环体积流量为5.0L/h、吹扫气流速为1.6m/s(标准状态),膜组件内吹扫气与料液为逆向流动时,SGMEMD过程的GOR可达3.1。     

减压膜蒸馏过程与热泵耦合技术研究

采用压缩式热泵回收减压膜蒸馏(VMD)过程的相变热,用于加热减压膜蒸馏系统原料液,并研究VMD过程与热泵耦合技术,以获得二者耦合工作的最佳工艺条件.结果表明:在组件进膜温度为70℃、膜组件面积为0.1 m2、膜蒸馏系统的进料流量为2.0 L/min、原料液加热循环流量为2.3 L/min、蒸汽冷凝循环流量为1.6 L/min、真空度为0.09 MPa条件下,热泵COP为3.08,膜通量为17.8 kg/(m2.h),产水电导率小于10μS/cm.这说明热泵较好地回收减压膜蒸馏过程中的蒸汽潜热,达到了能量循环使用的目的.     

直接接触式膜蒸馏过程的膜曝气强化

针对直接接触式膜蒸馏（direct contact membrane distillation,DCMD）过程存在的膜通量小及膜污染问题,设计了一种新型结构的膜蒸馏组件。以蔗糖溶液为处理液,考察了膜组件装填密度Φ、膜曝气量q、蔗糖浓度c与温度T₀对DCMD过程的影响。结果表明：随着Φ、q的增加,DCMD过程的膜通量先增大,后逐渐降低,Φ、q均存在最优值;随着c的增加,膜通量逐渐降低;随着T₀的增加,膜通量增大;对c为30%（mass）的蔗糖溶液进行DCMD法处理330 min时,膜曝气可使DCMD的初始膜通量J_initial提升24.7%、膜通量衰减率ΔJ降低55.0%,维持高膜通量的连续运行时间t₀延长4倍。主要原因是膜曝气强化了DCMD过程的传热传质,进而强化过程的分离性能;有效控制了DCMD过程的浓差极化,进而延缓过程的膜污染进程。研究结果有利于推进DCMD的工程化应用。     

PVDF全塑蒸发器的制备及其性能研究

针对金属蒸发器易腐蚀结垢的缺陷,提出了全塑蒸发器的概念.设计和制备了以PVDF微孔膜为分布器、以PVDF毛细换热管为传热介质的全塑蒸发器,建立单效蒸发实验装置,研究了全塑蒸发器的传热性能.结果表明,在实验参数范围内总传热系数随着冷流体质量流量、冷流体进口温度、热流体质量流量、二次蒸汽蒸发温度的增大而增大;当热流体为373K饱和水蒸气、热流体质量流量2.5kg/h、冷流体进口温度308K、冷流体质量流量10.8kg/h、二次蒸汽的蒸发温度为358K时,全塑蒸发器总传热系数可达1 040 W/(m~2·K).     

对含铁料液的减压膜蒸馏处理

采用自制PVDF疏水性中空纤维膜组件对模拟含铁废水进行减压膜蒸馏处理,设计三因素三水平正交实验,研究料液中铁离子浓度、pH值以及含盐率对膜蒸馏过程的影响.通过监测膜蒸馏实验前后膜丝内表面形貌、元素组成及接触角变化,对膜蒸馏过程中的膜污染及膜亲水化现象进行初步探讨.实验结果表明:铁浓度、pH值及含盐率对膜通量的衰减均有显著影响,pH值影响最大,铁浓度次之,含盐率最小;膜蒸馏实验后膜丝表面有污染物聚集,XPS结果显示出现了新元素Na和Fe,其质量分数分别占到了3.6%和7.0%,而且膜丝内壁的接触角从实验前82°降到72°,说明疏水性能有下降趋势.     

PVDF中空纤维换热管亲/疏水组合表面强化蒸汽冷凝传热

针对塑料换热管热导率低的问题,采用非溶剂致相分离法（NIPS）,通过控制铸膜液中磺化聚醚砜（SPES）添加量,制备出具有致密层/非致密层复合结构,外表面接触角分别为49.8°、78.1°的中空纤维表面亲水（PVDF/SPES）、表面疏水（PVDF）换热管,在非致密层内填充水,从而提高换热管导热性能。将单根的表面亲水、疏水换热管编织,在列管式塑料换热器壳程,利用两根换热管的外表面,构建蒸汽冷凝用亲/疏水组合表面,研究该表面上蒸汽冷凝传热强化效果。研究表明,较熔融拉伸法制备的致密PVDF换热管疏水表面,NIPS法制备的亲水表面、疏水表面及亲/疏水组合表面上的蒸汽冷凝总传热系数分别提高46.6%、56.5%、99.7%。可见,较单一的亲水或疏水表面而言,亲/疏水组合表面能够显著强化蒸汽冷凝传热性能。     

异形聚偏氟乙烯中空纤维膜的研制

利用特殊结构的纺丝喷头,通过溶液相转移法,研制具有异形结构如:一字形多芯、品字形多芯结构的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜.系统研究了纺丝入水距离、异形膜形状对膜形态结构与性能的影响.结果表明:随纺丝入水距离的增大,异形膜的超滤水通量、透气系数、膜蒸馏通量、抗压密系数、断裂强力及破裂压力减小;异形膜中品字形三芯中空纤维膜的断裂强力较单芯中空纤维膜有很大的提高,而且破裂压力和抗压密系数在异形膜中最大,纺丝成形稳定性最佳.     

拉伸残余应力对聚偏氟乙烯纤维力学性能的影响

为得到高断裂强度的聚偏氟乙烯(PVDF)纤维,在后处理过程中利用拉伸产生的残余应力对其进行定长处理实验。探究了该处理过程中最优的工艺条件参数,并利用热分析法、红外光谱法、X射线衍射法和应力拉伸实验等测试手段对纤维的晶体结构、晶区取向、晶粒尺寸、结晶度和力学性能进行测试与分析。结果表明：在残余应力作用的后处理过程中,PVDF发生了α晶型向β晶型的进一步转变,β晶型的含量从74.6%增加到88.7%;结晶度从49.4%增加到52.3%;晶区的取向程度提高,取向因子从0.793 2增加到0.833 4;纤维的断裂强度提升明显,特别在60 °C的水浴下处理3h 时,断裂强度可达到最大值633 MPa,相比未处理前提高了70 MPa。     

气扫式多效膜蒸馏过程数学模型研究

针对传统气扫式膜蒸馏(SGMD)过程能耗高的问题,设计了一种气扫式多效膜蒸馏(SGMEMD)过程.该过程同时具有蒸汽的换热冷凝与料液的预热升温双重作用,从而实现蒸汽潜热的梯级回收利用.根据吹扫气流速、料液循环流量、料液进水温度、料液浓度主要操作参数对气扫式多效膜蒸馏(SGMEMD)过程性能影响的实验研究结果,运用曲线拟合法,分别建立了膜蒸馏通量J和热量回收率η随着以上参数变化的经验公式.在此基础上,建立造水比(GOR)的半经验半理论数学模型.经L9(34)正交试验验证,所建立的经验公式及数学模型均能很好的预测SGMEMD过程的J和GOR.J和GOR计算值与实验值的相对偏差均在±8.0%以内.     

减压多效膜蒸馏过程试验研究

针对膜蒸馏(MD)过程能耗高、蒸汽冷凝耗水量大的问题,首次设计了减压多效膜蒸馏过程(MEMD)。其特征是在减压膜蒸馏(VMD)过程中设立特殊的多效蒸发区。其中的膜组件同时具有蒸汽的换热降温与原料液的升温蒸发双重作用,从而实现VMD过程蒸发潜热的高效回收利用。试验研究了主蒸发区膜组件面积、多效蒸发区组件管程的进液流量、多效蒸发区组件长度等参数对MEMD过程性能的影响。当主蒸发区膜组件面积为0.10 m2、多效蒸发区组件长度为868 mm、管程进液体积流量为4.0 L/h时,系统的当量膜通量最大(34.8 kg/(m2.h)),额外冷却水用量仅为传统VMD过程的30.8%(每L产水消耗17.2 L冷却水);增加多效蒸发区的组件长度,能显著提高蒸汽相变热回收率,但不能提高系统的当量膜通量。