膜蒸馏淡化处理油田高含盐废水的实验研究

采用减压膜蒸馏技术处理油田高含盐废水，研究了真空度、废水温度、流量以及废水含盐量对膜通量与截留率的影响。实验结果表明：随着膜下游真空度增加，膜通量先缓慢增大，当真空度超过某一临界值后，膜通量急剧增加；废水温度增加，膜通量增大，且真空度越高，膜通量随温度变化的曲线越陡；提高废水流量可增大膜通量；随着废水含盐量增加，膜通量减小，当废水含盐量大于220g／L时，馏出液电导率明显增加，但各次实验的截留率仍然接近100％，表明实验用聚丙烯中空纤维膜具有很好的疏水性。     

汽油脱硫用复合膜的制备及性能

以聚乙二醇(PEG)为活性分离层、聚偏氟乙烯(PVDF)多孔膜为支撑层制备复合膜。PEG涂膜液的固含量提高到16%时,可以减少孔渗现象,提高渗透通量。考察进料温度、流量和膜下游侧压力对复合膜性能的影响。硫富集因子随温度和流量升高先增加后减小,最大值出现在100℃和100mL/min。渗透通量随温度升高而增大;当进料流量大于100mL/min时,渗透通量随流量增加而减小。两个参数均随膜下游侧压力增加而减小。对典型的催化裂化汽油,膜的渗透通量可达2.7kg/(m2.h),硫富集因子为3.6。     

真空膜蒸馏过程的流体力学模拟

利用计算流体力学(CFD)技术成功建立了真空膜蒸馏(VMD)过程中空纤维膜的三维传热和传质模型,并通过实验数据进行了验证.评估了操作条件对VMD性能的影响,讨论了温度、传热系数、热通量、膜通量、温度极化系数和总热效率沿着纤维长度的变化规律.研究发现,VMD中传质主要受料液热边界层内的传热控制,传热阻力主要存在于进料侧.较高的料液进口温度可以增大平均膜通量和总热效率,但温度极化现象更显著.提高料液流速有助于获得更高的跨膜通量,但会使总热效率减小.当料液流速低于0.7 m/s时,温度极化系数先减小随后增大,但若料液流速高于0.7 m/s,则呈现持续减小的趋势.透过侧绝对压力减小会提高传质推动力,进而提高膜通量和热效率,但真空泵的能耗会升高.     

气隙式膜蒸馏法浓缩氢氧化钠溶液的实验研究

利用能量回收气隙式膜蒸馏组件浓缩氢氧化钠溶液,研究了进料温度、流速、浓度对膜通量、造水比和截留率的影响.结果表明,膜通量和造水比随着进料温度T_3升高而增大,随着进料浓度的增加而减小;料液流量增加时膜通量增大,造水比降低.当料液浓度为110g/L,进料温度T_1为40.0℃,T_3为95.0℃、流量为15L/h时,膜通量为6.3kg/(m~2·h),造水比为5.1,截留率可达99.9%.     

内部热能回收式多效膜蒸馏用于海水淡化及浓盐水深度浓缩

利用自制的具有高效内部热量回收功能的多效膜蒸馏组件对不同浓度的氯化钠水溶液进行浓缩研究.考察进料温度、浓度、流速对膜通量、造水比和脱盐率的影响.实验结果表明,料液加热温度T3升高时膜通量和造水比随之明显增加,而脱盐率保持不变;料液流速增加使膜通量增加,而造水比随之降低,脱盐率几乎不受影响;随着料液浓度的增加,膜的通量和造水比逐渐降低,脱盐率略微减小但影响很小.当料液中氯化钠浓度较低时,该过程的最大膜通量为6.8L/(m2·h),造水比为12.5;当料液中氯化钠浓度大于15％时,膜通量为5.2 L/(m2·h),造水比为6.2,脱盐率可达99.99％.实验结果表明,多效膜蒸馏技术可有效应用于海水淡化及常规海水淡化过程,例如反渗透和多效蒸发过程所副产浓盐水的深度浓缩和淡水生产.     

PVDF中空纤维疏水膜的鼓气吸收法海水提溴性能研究

利用聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维疏水膜进行鼓气膜吸收(ABMA)海水提溴实验.考察了吸收液浓度、温度和鼓气强度等操作条件对PVDF膜的提溴性能的影响;研究了中空纤维膜壁厚,组件形式、长度、装填密度等对ABMA提溴性能的影响.结果表明:PVDF疏水膜的壁厚增加,ABMA过程的脱溴率、溴吸收率和膜的有效溴通量明显降低;直型组件更适合ABMA提溴过程,且组件长度、装填密度增加,膜的有效溴通量降低而溴的吸收量明显提高.用内径0.80mm,壁厚0.15mm的PVDF膜,制成长90mm、装填密度14.4%的直型膜吸收组件,在鼓气强度500mol/(m2·h),吸收液浓度10mmol/L,22℃下,ABMA过程的脱溴率约89.5%,溴吸收率约68.6%,膜的有效溴通量约0.41kg/(m2·h).     

料液强化流动对气扫式膜蒸馏影响的实验研究

采用聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜组件,对比研究稳定流气扫式膜蒸馏(SSGMD)、脉冲流气扫式膜蒸馏(PSGMD)、鼓气流气扫式膜蒸馏(GSGMD)、鼓气流和脉冲流结合式(PG SGMD)4种膜蒸馏模式,以膜的渗透性能、膜污染状况、热效率为指标,判断4种模式的优越性.研究了SSGMD膜蒸馏过程中进料温度(T_(f-in))和进料流量(Q_f)对膜通量(J)的影响,选择了最佳的条件,对比4种膜蒸馏方法在膜蒸馏过程中膜的渗透性能、膜表面污染情况、热效率.结果表明,采用SSGMD工艺,J随Q_f、T_(f-in)的增大而增大;在4种膜蒸馏过程中,GSGMD过程中膜通量相对最大、热效率最高(49.21%)、膜的污染最小.     

具有微米级内外径CTA中空纤维膜制备与表征

利用干湿法通过改变纺膜条件来调控中空纤维膜尺寸制备具有微米级内外径的三醋酸纤维素(CTA)中空纤维膜.结果表明,中空纤维膜的内外径随铸膜液流量和芯液流量的增加而增加,随收丝速度的增加而减小;内外径随空气段高度的增大而略微减小;其中铸膜液和芯液流量对膜尺寸的影响最为显著.此外,考察了这些因素对膜微观结构及纯水通量性能的影响,结果表明,本研究中这些因素对膜结构的影响较小,所有膜都具有海绵状孔;纯水通量随着铸膜液和芯液流量的增加而显著增加,随空气段高度和收丝速度的增加而稍有增加.     

新型板框气隙式膜蒸馏组件流场的CFD数值模拟

利用计算流体力学(CFD)软件,构造三维计算模型,对新型的热量回收板框气隙式膜蒸馏组件内部热质传递过程进行研究.分别考察了不同进料温度、流速和操作真空度条件下模型内部流体温度分布情况.模拟结果表明:提高进料侧料液流速或者减小渗透侧真空度,在同一位置的膜表面温度均增加;渗透侧换热中空纤维从下至上壁面温度呈现递增的趋势,各层中空纤维外表面温度均存在差异,距离膜侧位置越近,中空纤维表面温度越高.研究发现,在不同条件下渗透侧底部区域的蒸汽温度大于热料液主体温度,不利于膜蒸馏过程和热量回收利用;当增加料液温度或者下游侧真空度时,有效膜蒸馏面积增大.结果揭示了新型组件内部直观的参数分布规律,为内部结构进一步优化奠定了基础.     

膜蒸馏海水淡化过程研究:三种膜蒸馏过程的比较

采用聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维疏水微孔膜,以质量分数3.5%NaCl水溶液为模拟海水测试液,进行膜蒸馏脱盐实验.比较了真空(VMD)、气扫式(SGMD)和直接接触膜蒸馏(DCMD)过程的脱盐性能,考察了料液温度、流速、浓度以及冷侧冷凝条件等操作条件对过程性能的影响.结果表明:VMD过程的产水通量最高,达到21.8 L/(m2·h);DCMD次之,SGMD最小.三种MD过程的渗透通量均随料液温度的升高而增大,随料液浓度的增加而降低;SG-MD和VMD过程通量分别随冷侧气体流速和真空度增加而提高,而DCMD过程通量则几乎不随冷却水流速变化而改变.SGMD、DCMD和VMD过程的脱盐率分别为99.97%、99.98%和99.99%,几乎不随操作条件而改变.     

润滑油酮苯脱蜡溶剂回收用聚酰亚胺纳滤膜分离性能的研究

主要研究了聚酰亚胺纳滤膜分离酮苯一润滑油的性能．考察了操作压力、温度、料液流量、料液中润滑油浓度及酮苯比等因素对膜通量和截留率的影响,并考察了长期运行情况下膜的分离性能．结果表明,随压力增大、温度升高和料液流量增大,膜通量也随之增大;料液中润滑油浓度的增加使膜通量减小,料液中酮苯比的增加可增大膜的通量;以上各种情况对膜的截留率影响不大,截留率稳定在95％以上;在40天的运行期内膜的分离性能变化不大,说明此聚酰亚胺膜具有较强的抗污染能力．     

集成膜法回收硫酸稀土溶液中硫酸

对减压膜蒸馏浓缩硫酸稀土溶液和与扩散渗析联合回收低浓度的硫酸做了研究．结果表明,水通量随着溶液中稀土及硫酸浓度的增大而减小,随温度升高、减压侧压力降低及料液流速增大而增大;先用减压膜蒸馏法浓缩硫酸稀土溶液,再用扩散渗析法回收硫酸对稀土截留率基本无影响,但大大增高了回收液硫酸的浓度,减少了扩散渗析的处理量,而浓缩倍数越大则效果越明显．     

真空膜蒸馏法处理高浓度Na2SO4和CaCl2废水

利用平均膜孔径0.1μm的聚四氟乙烯(PTFE)平板膜,采用真空膜蒸馏法(VMD)对高浓度Na2SO4和CaCl2废水进行处理,讨论了渗透压强、进料温度、盐浓度等操作条件对膜蒸馏的出水通量以及截留率的影响.实验结果表明,随着进水温度的升高,冷侧压强的减小,通量随其增大;进料温度对膜蒸馏渗透通量的影响较为明显,进料温度从323.15K升高至343.15K,渗透通量可增大4.5倍左右;进料溶液盐浓度对渗透通量的影响较小.同时,真空膜蒸馏的截留率较高,均达到99.99%以上.     

高浓度NaCl溶液真空膜蒸馏传递阻力分布的研究

对纯水体系以及NaCl溶液浓缩过程中真空膜蒸馏传递阻力的分布进行了研究,考察了操作条件对传递阻力分布的影响,分析了传递阻力在浓缩过程的变化原因.结果表明:在纯水体系下,温度和膜表面流速对膜阻力影响较小,其值在162~164.7(Pa·h·m2)/kg范围内变化;边界层阻力受操作条件影响较大,较低的流量和较高的料液温度导致较高的边界层阻力.在NaCl溶液浓缩过程中,渗透通量随浓缩时间起先呈缓慢下降趋势,传递阻力以边界层阻力和膜阻力为主,当料液浓度超过临界值时,渗透通量发生骤降,污染层阻力骤升,膜表面发生结晶污染.但利用清水冲洗受污染膜后,渗透通量恢复率95%左右.因此,控制浓缩终点的浓度低于临界点浓度将有效避免膜污染的形成.     

太阳能自动跟踪膜蒸馏系统实验研究

搭建设计了太阳能自动跟踪膜蒸馏系统,自制配比苦咸水,在不同膜蒸馏方式下观测膜蒸馏对离子的截留效果,研究了流体温度、流量、真空度以及并联膜组件对真空膜蒸馏过程性能的影响.其次,在不同跟踪方式下对集热器换热性能进行测试,并研究了太阳辐照量对光伏组件的影响.最后,对系统性能随太阳辐照度的变化进行了测试分析.结果表明,膜蒸馏截留率均保持在97%以上;膜通量随温度、真空度的增大而增大,流量对膜通量影响较小;并联膜组件产水量是单支膜组件产水量的2倍.真空集热器与保温水箱的最佳循环流量200 L/h;自动跟踪方式集热量较大;光伏组件的输出功率与太阳辐照度成正比.采用真空式膜蒸馏在自动跟踪方式下,当太阳能集热器面积为1.82 m²,光伏板面积为6.5 m²时,最大膜通量为7.70 kg/(m²·h),膜蒸馏产水量最大为462.27 g/h.     

减压膜蒸馏法再生天然气脱碳液研究

甲基二乙醇胺(MDEA)溶液在吸收天然气中的CO_2时发生可逆化学反应,因此对MDEA富液的再生可进一步完善天然气生产工业.实验采用聚丙烯(PP)膜组件作为富液再生器,利用减压膜蒸馏法再生含CO_2的MDEA富液.研究富液温度、真空度、流量和富液中CO_2浓度对分离因子和脱碳率的影响,探究各参数影响能力的大小并寻找出最佳操作参数.研究表明,脱碳率随温度、真空度、流量和CO_2浓度增大而增大;分离因子随温度、真空度和CO_2浓度增大而增大,随流量增大而减小.最佳操作条件为温度50℃,真空度65 kPa.各参数对减压膜蒸馏影响顺序为温度真空度流量CO_2浓度.     

品字形聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备

采用溶液相转移法,通过特殊结构的纺丝喷头,制备了品字形PVDF中空纤维膜,讨论了PVDF固含量和芯液组成对品字形膜形态结构和性能的影响。结果表明,随PVDF固含量的增大,品字形膜支撑层空穴变小,膜丝外形融合程度减小,海绵体结构更致密,超滤水通量、透气系数和膜蒸馏通量相应减小,膜丝断裂强力增大;随芯液中溶剂DMAc含量的增加,品字形膜支撑层空穴变小,融合部分海绵体变致密,超滤水通量、透气系数减小,膜蒸馏通量略微提高,膜丝断裂强力增大;优化后的品字形膜的水通量较单芯膜有所降低,但断裂强力显著提高,接近单芯膜的3倍。     

乙醇水溶液真空膜蒸馏分离过程的模拟分析

真空膜蒸馏技术可用于分离水溶液中的有机挥发性化合物(VOCs),是一种治理遭受VOCs污染工业废水的新方法.对低浓度乙醇水溶液二元体系下的真空膜蒸馏过程展开了模拟分析,膜内的传质按Knudsen扩散原理考虑,界面上的平衡关系按Van Laar活度系数法给出.模拟结果表明:过程的操作参数对分离效率有较大的影响,进口温度、料液流量、浓度和真空度增加,膜通量将增加;分离因子随进口温度、真空度、浓度增加而减少,料液流量对分离因子影响与真空侧流动形式有关.真空侧流动形式对分离因子有一定的影响,并流条件下,分离因子最大.     

膜蒸馏系统的热质扩散耦合分析

从相变耦合、逆流换热耦合以及蒸汽分子在膜孔中热质扩散耦合的角度出发,分别分析了热物料侧相变热质传递过程、膜蒸馏系统逆流换热过程以及蒸汽分子在膜孔中的热质扩散过程,并建立了三者与膜通量之间的关系式.得出自发的蒸汽分子迁移过程驱动了非自发的传热过程,当传质过程强化时,蒸汽分子传递速率增加,导致膜通量增加;膜蒸馏系统换热的强化有助于削弱温度极化,伴随着膜两侧表面温度梯度的增加,膜通量增加;关系式同时说明了减小膜的厚度,有利于膜通量增加.     

卷式反渗透膜的气液两相流清洗特性

建立新型膜清洗装置,将压缩空气和化学清洗液形成气液两相混合流体对2.5英寸(1英寸=25.4 mm)卷式反渗透膜进行清洗研究.系统地探讨了气液两相流清洗过程中清洗液流量、气体流速、气液比、清洗时间对膜截留率和通量恢复率的影响.结果表明清洗液在0.12 L/rain时,即可获得较好的膜通量恢复率.不同过滤面积的反渗透膜,清洗液的临界流量不同,超过该流量对膜通量恢复率无明显影响.膜通量恢复率随气体流速的增加而增加,聚酰胺材质反渗透膜气速上限是18 m/s,更高的气速将降低膜截留率.气液比在2000∶ 1～3000∶1范围内能有效提高膜通量恢复率.两相流清洗时间一般不超过15 min就能获得理想清洗效果.