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.     

膜蒸馏法浓缩乙二醛水溶液

对膜蒸馏法浓缩乙二醛水溶液的可行性及工艺过程特性进行了研究．根据传热传质机理对实验结果进行了分析和讨论．乙二醛水溶液对聚四氟乙烯膜的疏水性没有影响；质量分数40％的乙二醛水溶液膜通量为同实验条件下纯水料液膜通量的64％．导致乙二醛水溶液膜通量下降的主要原因是料液黏度增大和蒸汽压下降．     

膜蒸馏传质强化研究

以纯水和ＮａＣｌ水溶液为实验物系,采用聚丙烯中空纤维微孔膜分别进行了渗透膜蒸馏、纯水介质膜蒸馏和盐水强化膜蒸馏实验研究,考察了盐水浓度和操作温度对膜蒸馏传质通量和热效率的影响,并对３种形式膜蒸馏的实验数据进行了对比．结果表明,盐水强化措施可以有效地提高膜蒸馏传质通量,并使过程的热效率显著提高．     

PVA膜渗透汽化分离低浓度乙醇/水溶液的实验研究

将聚乙烯醇(PVA)复合膜用于乙醇/水溶液的渗透汽化过程,考察了料液浓度、操作温度、膜后真空度等操作条件对复合膜渗透通量和分离因子的影响。实验结果表明,复合膜的渗透通量随着操作温度和膜后真空度的升高而增加,分离因子随着料液浓度、操作温度和膜后真空度的升高而减小,在料液浓度低于70%时显优先透醇性,在料液浓度高于70%时显优先透水性。温度对PVA膜渗透通量的影响符合Arrhenius方程。由Arrhenius公式计算得到乙醇组分的渗透活化能Ep=42.88kJ/mol。     

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．     

空气隙膜蒸馏过程传质的强化

采用双向入流的圆形短管膜组件,并将超声激励技术用于膜蒸馏系统,以提高空气隙膜蒸馏通量.以自来水和稀盐溶液为料液,研究冷热溶液温差、空气隙厚度、超声激励和溶液浓度对蒸馏通量的影响.实验结果表明:合理设计膜组件、有效布置溶液的流动和控制实验参数,及超声激励技术,能降低温度极化、浓度极化和膜污染,从而有效提高空气隙膜蒸馏通量.     

PVA/PVP共混膜渗透汽化分离甲醇/醋酸甲酯的研究

采用4,4’-双叠氮芪-2,2’-二磺酸钠(DAS)交联的聚乙烯醇(PVA)/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)共混膜,对渗透汽化分离甲醇/醋酸甲酯混合物进行了研究.考察了交联剂DAS的含量、共混膜的组成、操作温度和料液组成对膜分离性能的影响规律.当DAS与共混膜中PVP质量比为1∶3时,PVP交联效果理想,共混膜具有较好的渗透汽化分离系数.随着共混膜中PVP浓度的增加,膜的渗透通量逐渐增大,而分离系数先增大后减小.当操作温度为35℃、料液中甲醇浓度为20%时,含30%PVP的共混膜对甲醇/醋酸甲酯的分离系数达到了17.7.随着操作温度的升高、料液中甲醇浓度的增大,膜的通量逐渐增大,分离系数逐渐减小.实验结果表明,该共混膜能有效分离甲醇/醋酸甲酯二元共沸物.     

PDMS中空纤维复合膜渗透汽化分离丙酮-水溶液

采用干湿相转化法纺制了聚砜(PSF)中空纤维超滤底膜,并采用溶液浸渍法制备PDMS/PSF中空纤维复合膜.研究了PDMS膜的溶胀性能和PDMS/PSF膜渗透汽化性能,考察了PDMS/PSF膜的稳定性以及料液温度、料液丙酮浓度和渗透物侧压力等因素对膜渗透汽化性能的影响.结果表明,PDMS膜对丙酮有很强的吸附能力而对水的吸附能力则相对较弱,渗透液中丙酮浓度大于膜溶胀液中丙酮浓度,远远大于浸泡液中丙酮浓度,连续操作72 h膜的渗透汽化性能保持稳定,渗透通量随料液温度以及料液浓度的升高而增加,分离系数随料液浓度的增加而降低,基本不受温度的影响.当丙酮质量分数5%、料液温度为60℃时,渗透通量为632 g/(m2.h),分离系数为35.8,丙酮和水的表观活化能分别为45.7和49 kJ/mol.     

低雷诺数下溴化锂溶液降膜吸收热质传递的数值研究

溴化锂溶液降膜吸收是吸收式空调系统中常见的热质传递形式之一。本文对溶液降膜吸收过程的热质耦合传递分析,建立了溴化锂溶液垂直降膜吸收热质传递的二维数学物理模型,采用CFD-Fluent对模型进行求解。计算得到不同Re下的液膜界面温度、液膜内浓度分布、传热传质通量及传热传质系数等。分析了Re对降膜吸收过程中热质传递的影响。结果表明:当液膜Re150时,液膜界面平均温度与平均传质系数随着Re的增大而增大,而平均传热系数随着Re的增大而减少;平均传热传质通量均是随着Re的增大而先增大后减小,存在一个最佳液膜Re使降膜吸收过程的传热传质通量达到最大,即Re=50时,平均传热和传质通量分别达到最大值7.2 k W/m~2与2.9×10~(-3)kg/(m~2·s)。     

一种用于从水中分离挥发性有机化合物的疏水性渗透汽化中空纤维复合膜

研制出一种名为VOC-SEP200新型中空纤维疏水性复合膜，并考察了这种复合膜从水中分离BTEX(苯、甲苯、乙苯和二甲苯)的性能．这4种芳香碳氢化合物是工业有机废水中的一组有代表性的污染物，本研究的最终目的是想从现实的工业废水中回收这些化合物．采用料液在纤维中孔流动的方式，系统考察了进料液流速、操作压力、温度和进料液浓度对膜分离效率及膜性能的影响．结果显示，随着进料液流速的提高，BTEX的通量随之增大．这是由于随着进料液流速的提高，浓度极化的影响会减少，同时BTEX和水的分离因子会有显著增大．结果还显示，膜的性能随膜横向的驱动力降低而提高，其最佳的渗透压范围是10．7～13．3kPa(即80～100mmHg)，此时BTEX通量达到最大平稳值，同时水的通量最小．提高渗透压可减少操作费用，同时可增强分离效果，和预期的情况一样，BTEX和水的渗透通量都随着温度和进料浓度的提高而增大，但再进一步提高浓度和温度，则对水通量不产生影响．水通量在初始阶段的增加可以归因于膜的溶胀，水通量不再随温度和浓度的进一步升高而增加，可以归因于水分子的聚集与膜的溶胀达到了平衡，     

竖直矩形通道内不凝性气体对凝结换热特性的影响

本文以去离子水为工质,实验研究了竖直矩形窄通道内少量残余不凝性气体对蒸汽凝结换热特性的影响。采用热阻分离法得到凝结侧换热表面传热系数,分析了不凝性气体的含量、冷却水质量流速、进口温度和热流密度对蒸汽凝结侧表面传热系数的影响。结果表明:当热流密度为1.668 kW/m~2,即蒸汽质量流速较小时,2%体积分数的不凝性气体使凝结侧表面传热系数下降了33%,但当热流密度为3.887 kW/m~2,蒸汽质量流速较大时,2%体积分数的不凝性气体仅使凝结侧表面传热系数降低了14%,此外,凝结换热表面传热系数随冷水质量流速和不凝性气体分数的增加而变小,随冷水进口温度和热流密度的增加而变大。     

R134a喷雾冷却系统换热性能研究

本文建立了以R134a为冷却工质的封闭式喷雾冷却系统,研究了工质过冷度、质量流量和热流密度对喷雾冷却系统换热性能的影响。其中,工质过冷度由喷嘴入口前的过冷段控制,质量流量通过变频齿轮泵调节,热流密度通过改变加热电源电压和电流控制。实验结果表明,在热流密度和质量流量保持不变时,改变过冷度对热源表面温度和换热系数的影响并不明显;在热流密度和过冷度保持不变的条件下,系统存在一个临界质量流量值,在质量流量达到临界值之前,热源表面温度随质量流量的增大而降低,当质量流量高于临界值时,热源表面温度随质量流量的增大而升高;当质量流量和过冷度保持不变时,存在一个热流密度使液滴的蒸发量等于补充量,在此热流密度下热源表面系数能达到最大。     

溴水的膜吸收性能研究

研究了溴水的膜吸收分离性能,并采用回归正交试验设计方法优化溴水膜吸收工艺条件.以NaOH溶液作为吸收剂,采用PVDF中空纤维膜,研究了吸收时间、溴水温度、吸收液浓度及其流速等操作条件对溴水膜吸收性能的影响.结果表明:溴的吸收率随吸收时间的增加而增大,溴水膜吸收过程进料温度与传质系数之间符合阿伦尼斯关系.吸收液侧NaOH的浓度从0.003 mol/L增加至0.01 mol/L时,传质系数从4.75×10-4 cm/s增至6.02×10-4cm/s,对应的膜通量从2.4×10-3 kg/(m2·h)增至3×10-3 kg/(m2·h).吸收液的流体动力学条件对于溴水膜吸收过程通量无显著影响.采用回归正交试验确定的PVDF膜溴水膜吸收分离最佳工艺为:当NaOH吸收溶液浓度为0.01 mol/L,流量为2 L/h时,浓度为220 mg/L的溴水在进料温度为50℃、进料流速为22.24 cm/s的条件下,膜吸收通量达到6.17×10-3kg/(m2·h).     

以乙醇溶液为冷却工质的开式喷雾冷却系统实验研究

在开式循环喷雾冷却系统上研究质量分数分别为10%、20%、30%、50%、70%、99%的乙醇溶液对喷雾冷却效果影响,结果表明:热沉表面热流密度和传热系数先随乙醇水溶液浓度的增大先增大,当乙醇质量分数为50%时达到最大值,随后随乙醇浓度的增大而减小。体积流量0.944 46L/min,乙醇质量分数为50%时,喷雾冷却传热系数为6.41 W/(cm~2·K),热流密度为216.04W/cm~2,较之纯水传热系数增加了34.95%,热流密度增加了24.9%。结果表明使用乙醇溶液作为冷却剂的喷雾冷却系统能同时满足高热流密度和低换热表面温度的要求,具有良好、稳定的换热冷却能力。推导了反映介质喷雾特性和蒸发强度对换热影响的光滑表面量纲一换热准则方程,涉及的物理参量较少,因此可方便用于工程设计。     

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.     

Development of a slug flow absorber working with ammonia–water mixture: part II—data reduction model for local heat and mass transfer characterization

This study deals with a data reduction model for clarifying experimental results of a counter-current slug flow absorber, working with ammonia–water mixture, for significantly low solution flow rate conditions. The data reduction model to obtain the local heat and mass transfer coefficient on the liquid side is proposed by using the drift flux model to analyze the flow characteristics. The control volume method and heat and mass transfer analogy are employed to solve the combined heat and mass transfer problem. As a result, it is found that the local heat and mass transfer coefficient on the liquid side of the absorber is greatly influenced by the flow pattern. The heat and mass transfer coefficient at the frost flow region is higher than that at the slug flow region due to flow disturbance and random fluctuation. The solution flow rate and gas flow rate have influence on the local heat and mass transfer coefficient at the frost flow region. However, it is insignificant at the slug flow region.     

R290在水平微细圆管内沸腾换热特性研究

本文研究了R290在内径为1 mm、2 mm和4 mm水平微细圆管内的沸腾流动换热特性,在饱和温度为15℃条件下,质量流速为50～600 kg/(m~2·s)、干度为0～1、热流密度为5～20 k W/m~2时,对沸腾传热系数的影响进行了分析。通过实验发现,增大质量流速对传热系数具有增强作用,质量流速对传热系数的影响在低干度区域比高干度区域小。在热流密度方面,传热系数随着热流密度的增大而增大,且在1 mm和2 mm管内观察到了临界干度对传热系数的影响,这时传热系数有断崖式下降的趋势。在管径对于传热系数的影响方面,通过对不同管径换热特性的横向对比,发现在一定工况下传热系数随着管径的减小有所上升。此外本文还对R290已有的部分关联式进行了适配性验证。     

水冷套管式CO_2气冷器的设计及实验研究

本文设计了一台CO_2套管式气冷器并对其进行了换热特性的实验研究。该气冷器采用逆流三重套管,CO_2在内管流动,冷却水在内外管间流动。实验研究了不同CO_2质量流量、入口压力和冷却水温度对传热系数、换热量和换热器效能系数的影响。实验结果表明,随着CO_2质量流量的增加,传热系数和换热量均呈先增后减的趋势,换热器效能系数逐渐减小;CO_2质量流量不变时,传热系数、换热量和换热器效能系数均随气冷器CO_2入口压力的升高而逐渐增大;随着冷却水温度的升高,传热系数、换热量和换热器效能系数均逐渐减小。     

Application of nanofiltration for the rejection of nickel ions from aqueous solutions and estimation of membrane transport parameters

The present work deals with the application of a thin-film composite polyamide nanofiltration membrane for the rejection of nickel ions from aqueous wastewater. The operating variables studied are feed concentration (5-250ppm), applied pressure (4-20atm), feed flowrate (5-15L/min) and pH (2-8). It is observed that the observed rejection of nickel ions increases with increase in feed pressure and decreases with increase in feed concentration at constant feed flowrate. The maximum observed rejection of the metal is found to be 98% and 92% for an initial feed concentration of 5 and 250ppm, respectively. The effect of pH on the rejection of nickel ions and permeate flux are studied, and found that the variation in pH is having more effect on the latter than the former. The experimental data are analyzed using membrane transport models; combined-film theory-solution-diffusion (CFSD), combined-film theory-Spiegler-Kedem (CFSK) and combined-film theory-finely porous (CFFP) models; to estimate membrane transport parameters and mass transfer coefficient, k. Also, enrichment factor, concentration polarization modulus and Peclet number are found from various parameters. From CFFP model the effective membrane thickness and active skin layer thickness are found.