超声场强化直接接触式膜蒸馏研究

为了解决膜蒸馏分离过程中聚四氟乙烯(PTFE)膜通量低的问题,构建了超声场强化膜蒸馏反应器,并对膜分离工艺进行了研究。结果表明,当原水流经中空纤维膜壳程时,诸如空化、声冲流等超声效应能有效增大传质驱动力、减缓含量极化现象并提高膜蒸馏通量,其传质过程得到强化,实验范围内的PTFE膜通量可提高30%以上;原水流经中空纤维膜管程时,由于冷侧声能量高过热侧,故造成传质推动力下降,进而导致膜通量有一定程度的下降,相对通量降低了3.2%。低频高功率超声场、低温与低流速浓盐水比较有利于提高超声场强化传质效果。     

通气强化气隙式膜蒸馏质量传递数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)方法对通气强化气隙式膜蒸馏(AGMD)过程进行了数值模拟,并探讨了强化过程的传质机理。利用FLUENT软件结合流体体积函数(VOF)模型,以通气强化过程膜管内的气液两相流体为研究对象,设定氯化钠溶液为分离介质,氮气为强化介质进行模型建立与模拟分析。结果表明:渗透通量模拟数据与实验数据基本吻合;通气可增大渗透通量(J)与传质系数(k),降低浓度极化率(CPC),有利于膜蒸馏过程;浓度分布模拟结果可用于预测局部浓度极化程度;由拟合出的通气强化过程传质系数关联式的形式,可知过渡扩散-泊肃叶流传质机理比过渡扩散传质机理更接近于通气强化膜蒸馏真实传质过程。基于气体在多孔介质中的传质理论,通过合理建模并设定模拟参数,可研究通气强化传质过程的影响因素(文中为气含率)对强化效果的影响,该方法也可推广应用于研究多影响因素的膜蒸馏强化传质过程。     

真空膜蒸馏海水淡化过程的强化研究

采用气液两相流技术对管状炭膜真空膜蒸馏模拟海水淡化过程进行强化研究。纯水物系和NaC l水溶液的气液两相流强化实验中,相比未通气体时通量分别增加了29%~35%和16%~66%。气体流量、渗透侧真空度和膜组件放置方式对两相流膜蒸馏过程通量的影响结果表明:气液体积流量之比在(1~2)∶1时两相流强化效果最佳;通量随着渗透侧真空度的增大而增大,且气液两相流操作在较小真空度时通量增加的幅度大于较大真空度时;膜组件的放置方式对通量影响较大,相对于水平放置时,膜管竖直放置时的通量较大,最大可达水平放置时的131%左右。     

直接接触式与气隙式膜蒸馏的比较研究

采用模拟计算和实验的方法对直接接触式膜蒸馏 (DCMD)和气隙式膜蒸馏 (AGMD)过程进行了比较研究。模拟计算及实验结果表明 ,AGMD中的气隙构成了过程的主要阻力 ,使得跨膜温差远小于膜两侧流体主体温差 ,这是两种膜蒸馏方式行为差别的主要原因所在。与AGMD相比 ,DCMD不仅膜通量水平高 ,而且膜通量对操作条件反应灵敏 ,易于实施过程的强化。而DCMD的热效率与AGMD相比差距并不太大。     

蒸馏过程强化技术研究进展

蒸馏过程强化技术作为我国现代化学工业发展的重要研究领域,是过程强化概念在化学工业成功应用的典范之一。随着近些年的发展,蒸馏过程强化技术的研究已形成了一套较完整的体系,但也出现了一系列新的难题与挑战。为此,本文针对混合物相对挥发度与气液传质两个蒸馏过程强化的基础理论本质问题,以基础理论创新、关键技术突破和关键装备研究进展为主线,从强化原理、研究进展、工业应用及发展3方面系统介绍共沸蒸馏、萃取蒸馏、反应蒸馏这3类典型的引入质量分离剂强化的蒸馏过程及其耦合技术;微波、超重力场等典型外场作用下的引入能量分离剂强化的蒸馏过程,并系统介绍以新型塔内件及新型塔结构为切入点的基于先进设备强化的蒸馏过程,为迎接这一领域新的难题和挑战提供新思路。     

鼓气强化循环气扫式膜蒸馏过程研究

在传统气扫式膜蒸馏的基础上,设计了鼓气强化循环气扫式膜蒸馏过程.在循环流动的原液中鼓入低压压缩空气,在膜内腔形成气液两相流,以强化膜蒸馏传质换热;在冷侧将吹扫气循环利用.研究了原液流速以及温度、浓度、气液体积比,冷侧吹扫气流速等因素对过程性能的影响规律.结果表明,过程通量随原液温度、流速及冷侧吹扫气流速的提高而增加;原液浓度较高时,鼓气强化对膜蒸馏过程通量的促进作用明显,3.5%的NaCl溶液浓缩2.5倍以后,鼓气强化气扫式膜蒸馏过程通量比未施加鼓气强化的通量提高约20%.     

气隙式膜蒸馏传递过程的研究

本文用气隙式膜蒸馏装置测定了膜两侧流体的温度、流量及料液浓度对膜蒸馏通量的影响,并从理论上描述了传热、传质过程,建立了可以预测膜蒸馏过程渗透通量的数学模型.实验结果与模型预测吻合较好.     

减压膜蒸馏传热传质过程

对减压膜蒸馏传热传质机理进行了研究,在已有理论模型的基础上,考虑温度极化和浓差极化的影响,引入减压膜蒸馏传热传质理论模型,并对模型进行了计算,结果表明:随温度的升高,传质系数Km升高,温度极化系数TPC减小,浓差极化系数CPC增大,通量呈近指数倍增加;随流速的增加.TPC增大,膜表面传热系数hf增大,CPC略有降低,K...     

气扫式膜蒸馏传质传热过程

对气扫式膜蒸馏（SGMD）的热量和质量传递机理进行了研究,建立了该过程的热量和质量传递模型,并对模型进行了计算,得出了吹扫气流速、组件长度、进料流速和进料温度对膜通量的影响。通过实验对模型计算结果进行了验证。实验结果表明模型计算值与实验值非常接近。随吹扫气流速的增大,通量先增加然后趋近于平衡。组件长度越短通量越高。进料流速对通量的影响很小,随膜丝内Reynolds数的增加,通量稍有增加,随进料温度的升高,通量呈指数倍增加。     

气液两相流强化气隙式膜蒸馏脱盐实验及CFD模拟

针对管状煤基炭膜气隙式膜蒸馏过程通量低的问题,进行膜蒸馏氯化钠溶液气液两相流强化实验及CFD模拟研究,探讨两相流流型和气含率对强化过程的影响。实验结果表明:N2流量对渗透通量影响的模拟结果与实验结果吻合较好。当进料流量为40 L×hh~(-1)、N2流量为50 L×h~(-1) (气含率0.56)时,对应团状流,此时强化传质效果最好。模拟结果中强化过程的膜壁剪应力(约1.77 N×m~(-2))明显大于无强化过程(约0.015 N×m~(-2))。流动方向上,经强化后大小与方向均变化的剪应力可增强对料液的扰动进而增大渗透通量,也可降低膜污染与浓度极化程度进而延长操作时间。气含率不大于0.56b (泡状流、塞状流与团状流)时,随着气含率增大,气泡群对料液的扰动作用增强,强化传质效果变好;气含率大于0.56 (乳沫流与环状流)后,两相间出现较为明显且稳定的界面,扰动作用相比团状流时变差。利用CFD方法模拟得到的膜壁剪应力、气液两相流型、速度分布、湍流强度规律可用于定性分析两相流强化过程,为进一步探究该过程强化传质机理提供依据。     

A new model for mass transfer in direct contact membrane distillation

The mass transfer process in direct contact membrane distillation (DCMD) for three kinds of membranes was measured. Water fluxes at different temperatures and the membrane distillation coefficients (MDC) for each membrane were obtained directly from experimental data. The fact that the MDC values of membranes with larger pore size increase with temperature indicates that Poiseuille flow plays an important role in the process of mass transfer through the membrane. Based on this conclusion, a three-parameter model, named the Knudsen diffusion-molecular diffusion-Poiseuille flow transition (KMPT) model, was developed to predict MDC and water flux for membrane distillation. The parameters of the KMPT model for each membrane employed in this study, by which MDC at various temperatures can be determined, were evaluated by a nonlinear regression. The values of MDC and water fluxes for each membrane predicted by KMPT model agree well with that obtained directly from the experiment results. A large contribution of Poiseuille flow to mass transfer was observed and can be attributed to the distribution of large pores in the membranes. The KMPT model also provides a method for estimation of the effect pore size using the ratio of the MDCs; the ratio of the Poiseuille flow to molecular diffusion MDC provides the best estimation.     

曝气方式对陶瓷膜分离过程的影响

在膜分离中引入曝气可有效减轻浓差极化和膜污染,提高膜过程分离效率.文中采用实验对比验证和气液二相流理论计算的方法,研究了曝气方式对膜分离过程的影响.实验结果表明:采用导流板仅在膜通道曝气过程的曝气量为250 L/h时,可维持平均压力增长率为40 Pa/min,能有效控制膜污染;继续增大曝气量,曝气方式对膜污染控制效果的...     

腐殖酸聚集体对膜蒸馏过程膜污染的作用机理

膜污染是膜蒸馏过程应用于工业水处理中遇到的主要问题之一。选取水体中具有代表性的有机物（腐殖酸）、微溶无机盐（碳酸钙）作为典型污染物,研究有机腐殖酸聚集体对于膜蒸馏过程膜污染进程的影响规律,探讨天然有机物-无机微溶盐混合水体中腐殖酸聚集体对于无机盐结晶过程的控制机理。结果表明：膜蒸馏通量的衰减大致可分为由滤饼层的形成造成的不可恢复部分以及由浓差极化、膜孔“半润湿”而造成的可部分恢复的通量降低。Ca²⁺通过加速腐殖酸分子的聚集过程,使表面负电性降低的腐殖酸聚集体率先吸附在聚偏氟乙烯中空纤维膜内表面,形成有机基质污染层;碳酸钙在有机腐殖酸聚集体的诱导下在膜内表面异相成核,最终成长为稳定的晶体。腐殖酸聚集体为无机盐晶体在疏水性膜内表面的生长提供了异相成核的基础。可通过控制污染水体中有机物的含量控制微溶碳酸钙在膜内表面成核及生长,实现控制其在膜内表面附着进而诱发疏水膜发生亲水化的过程。     

膜蒸馏技术最新研究现状及进展

综述了新型分离技术——膜蒸馏技术的最新研究进展,对膜蒸馏的历史、分类,膜蒸馏用膜的制备、膜蒸馏过程中的传递现象、膜组件的优化设计及应用研究等进行了深入的评述,提出了今后亟待研究和解决的问题。     

Understanding and enhancing the direct contact membrane distillation performance by modified heat transfer correlation

The sensitivity of direct contact membrane distillation to feed temperatures and feed flow rate is investigated experimentally. At very low flow rates, the process becomes heat transfer limited where the thermal energy of the aqueous feed solution is lost by the conduction resistance minimizing the distillate production. At high flow rates, the film heat transfer coefficient for both liquid solutions increases, creating a larger temperature difference across the membrane boundaries. Hence, the mass fluxes increase linearly with the water flow rate. These findings are also assessed by simulating the heat and mass transfer equations that describe the membrane distillation (MD) thermo-physical operation. It is found that the underlying physics of the MD module must faithfully capture and explain the true process behaviour. Hence, a modified correlation for the Nusselt number is developed and tested.     

膜蒸馏过程强化及优化技术研究进展

膜蒸馏作为一种新型的膜分离技术,具有脱盐率高、可处理高浓度原料液等技术优势,近年来引起学术界及工业界的广泛关注.膜蒸馏技术可被应用于海水淡化,工业废水/苦盐水脱盐及糖、盐、果汁、有机/无机酸、碱液等的浓缩过程.但由于当前膜蒸馏能耗及成本较高,一定程度上限制了该技术的工业化.本文重点介绍了可用于强化膜蒸馏过程和优化该过程能量利用的方法及研究进展,主要包括膜材料和膜制备方法/工艺的进展、膜蒸馏过程操作条件的优化、改进膜组件和辅助装置的应用、太阳能和低品位热源的使用、蒸发冷凝潜热的回收以及耦合其他分离过程的复合膜蒸馏系统,同时分析了膜蒸馏技术处理高盐工业废水的应用前景,最后探讨和总结了膜蒸馏过程强化及优化的研究方向,为该技术的进一步发展提供了科学性指导.     

High-performance desalination of high-salinity reverse osmosis brine by direct contact membrane distillation using superhydrophobic membranes

In this study, the direct contact membrane distillation (DCMD) with a superhydrophobic membrane (SM-DCMD) herein was designed and applied to desalinate RO brine, showing excellent performance in desalinating high salinity. The superhydrophobic membrane with good resistance to pore wetting and fouling was prepared by coating silica nanospheres onto a porous glass fiber substrate and subsequent fluorination. It maintained a stable flux (31.27 LMH at feed temperate of 80°C) and outstanding salt rejection (~100%) even in the presence of natural organic matter (NOM, a typical organic foulant) and sodium dodecyl sulfate (SDS, a typical wetting agent with low surface tension). During handling practical reverse osmosis brine, such SM-DCMD system presented excellent performances in terms of a stable flux of 23.70 LMH and salt rejection efficiency of >99% over 24 h continuous operations. The relevant COD and color removal efficiency kept a constant value of 100%. These overall findings indicate that the SM-DCMD is a hopeful candidate for desalinating practical RO brine with high performance.