能量回收式膜蒸馏组件的设计和性能

针对膜蒸馏过程热效率低、耗能高的问题,设计了新型能量回收式膜蒸馏组件,其特点是膜蒸馏组件由中空纤维膜、换热管和隔网组成,通过换热管回收膜蒸馏过程的能量,通过隔网将中空纤维膜和换热管隔开,减少了膜蒸馏过程中热传导传递的热量,采用新型能量回收式膜蒸馏组件对质量分数3.0%的氯化钠溶液进行浓缩实验,考察膜管比例、组件长度以及空气隙宽度对膜蒸馏过程膜通量、造水比和热效率影响.实验结果表明,在原料液进料温度T1为40.0℃,T3为90.0℃,流量为10.0L/h,气隙间隙为0.5mm,换热管根数Nd/中空纤维膜根数Nm为2∶1时,膜通量为3.1kg/(m2·h),造水比为4.3,热效率为85%.     

真空膜蒸馏过程CFD模拟及膜组件设计

利用计算流体力学模拟软件对真空膜蒸馏过程进行模拟计算.通过自行编写UDF对实验结果进行验证,模拟结果表明,在不同进料温度、进料流量以及渗透侧真空度的影响下,模拟值与实验值均高度吻合,编写的UDF可用于膜组件放大化模拟.对平板真空膜蒸馏组件进行放大设计后模拟发现,当有效过滤面积为0.25 m~2时,平板膜组件最佳长宽比为1∶2,组件内通道高度为7.5 mm,此时渗透通量为6.08 kg/(m~2·h);通过在组件内部增加隔板以加快料液互相渗透,模拟结果表明,隔板最佳高度为3 mm,隔板间距为40 mm,优化后的膜组件渗透通量达到了6.53 kg/(m~2·h),相比初始膜组件提高了10.3%.     

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.     

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.     

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.     

面向应用的膜蒸馏过程再探讨

讨论了膜蒸馏涉及的膜材料特性和应用中面临的问题.膜蒸馏过程实质属于传热控制过程,研究膜蒸馏过程的重点在于研究膜蒸馏过程中热量的传递与回收.吸收膜蒸馏传质过程无相变热损失,疏水膜兼具有传质与导热双重作用.采用曝气膜蒸馏工艺对反渗透浓水进行了连续高倍率浓缩,膜组件没有发生亲水化和膜污染问题,说明曝气膜蒸馏工艺在高盐度、易结垢的废水深度浓缩方面具有较好的应用潜力.水膜阻力本质是气体穿过多孔膜表面的气/液两相界面所需克服的界面张力,除了与膜材料本体特性、膜表面结构等因数有关外,还与气体传输方向有关.与传统中空纤维膜相比,设计的异形中空纤维多孔膜,断裂强力有很大的提高.将热泵技术与减压膜蒸馏过程耦合,热泵制热系数COP与蒸发器流速、冷凝器流速和膜蒸馏通量之间存在显著相关性.     

PVDF疏水中空纤维膜与组件对真空膜蒸馏性能的影响

利用高孔隙率的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维疏水膜进行真空膜蒸馏(VMD)脱盐实验.在真空度0.095MPa,盐水温度60℃,流速1.5kg/min的条件下,着重研究了中空纤维膜内径、壁厚,组件长度、装填纤维数目等结构参数对VMD性能的影响.结果表明:组件长度或装填纤维数目增加,组件产水通量明显降低而总产水通量明显提高;中空纤维膜内径对VMD产水通量影响较小,而膜壁厚增加使通量明显降低;用内径1.0mm壁厚0.1mm的膜制成的长度21cm装填纤维50根的膜组件,产水通量达到21.8kg/(m2·h).VMD过程产水的电导率保持在4μS/cm以内,脱盐率达99.99%,受膜、组件结构及操作条件影响很小.     

真空膜蒸馏再生MDEA富液实验研究及节能分析

为了研究真空膜蒸馏法MDEA富液再生实验所需的最佳操作参数,采用聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜组件对MDEA富液进行再生实验研究,引用分离因子分析H2S的分离效果,研究温度、真空度、HS-的浓度对膜通量及分离因子的影响;将再生率与分离因子一起作为研究对象,确定最佳再生温度、真空度.实验结果表明:分离因子随着温度、真空度增大而减小,HS-浓度对分离因子影响不大;最佳再生温度为55~60℃,最佳真空度为20kPa.     

膜蒸馏浓缩纤维素糖液与去除糠醛的研究

研究了采用低能耗的真空膜蒸馏技术浓缩纤维素糖液,去除其中糠醛,提高木质纤维素产乙醇效率的可行性.通过考察料液流速、料液温度、料液浓度等对膜通量和糠醛去除率的影响,优化真实酶解糖液的膜蒸馏浓缩参数,并将浓缩糖液用于发酵.结果表明:在进料流速为1.0 m/s,进料温度为65℃下,膜蒸馏对葡萄糖的截留率在99.5％以上,糠醛去除率达到95.16％.真实酶解糖液浓缩和发酵实验表明,真空膜蒸馏可有效地浓缩酶解液至适合的发酵浓度(＞100 g/L)同时完全脱除抑制物糠醛,提高乙醇的发酵效率.     

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%.     

海水淡化浓盐水真空膜蒸馏研究

采用PVDF中空纤维膜及PTFE微孔平板膜组件对反渗透海水淡化浓盐水的真空膜蒸馏过程进行了研究.连续运行的结果表明:温度是影响海水淡化浓盐水膜蒸馏过程的关键因素,对膜通量影响较大.在真空侧压力为2 kPa,浓盐水流量为24 L/h时,进料侧浓盐水温度为346.35 K时,PVDF中空纤维膜组件的膜蒸馏通量为13.26 kg/(m2.h).而在真空侧压力为2 kPa,浓盐水流量为120 L/h,进料侧浓盐水温度为340.15 K时,PTFE平板膜组件的膜蒸馏通量为24.8 kg/(m2.h).研究表明膜蒸馏技术处理海水淡化浓盐水具有广阔的应用前景.     

PVDF疏水中空纤维膜的膜蒸馏含盐废水处理性能研究

利用新型高通量聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维疏水膜,对石化企业废水经反渗透(RO)处理的浓排水进行减压膜蒸馏(VMD)处理实验.研究了RO浓排水流速、温度和冷侧真空度对VMD过程中PVDF膜性能的影响,考察了PVDF膜在VMD法RO浓水浓缩过程中的性能变化.结果表明,原液流速对膜性能无明显影响;原液温度或冷侧真空度提高都会使膜的产水通量明显上升,而产水电导保持稳定.在冷侧真空度为-0.095MPa、原液温度70℃、流速0.66m/s的条件下,经15.2h实验,将RO浓排水浓缩20倍,膜的产水通量从25.8L/(m2*h)降低至11.8L/(m2*h),产水电导低于4霺/cm,脱盐率高于99.99%,产水CODCr值约30mg/L.经过5次浓缩实验后,PVDF膜的通量和产水电导均保持稳定.     

探究膜法MDEA再生规律实验研究

室内搭建真空膜蒸馏评价装置,以MDEA(N-甲基二乙醇胺)富液作为研究对象,中空纤维膜作为分离介质,控制变量反复实验,研究温度、真空度、浓度对膜通量和再生率的影响,从而探究膜法MDEA再生规律.实验结果表明:在温度高、真空度大、浓度低的条件下膜通量大,再生率高,有利于MDEA富液再生.     

PVDF螺旋卷式膜组件制备及真空膜蒸馏性能研究

真空膜蒸馏工艺作为一种具有良好应用前景的膜蒸馏操作方式得到了广泛的研究.当前常用于真空膜蒸馏研究的膜组件包括平板式、管式和中空纤维式.尝试制备了一种用于真空膜蒸馏的螺旋卷式膜组件,通过试验对自制组件的性能进行了研究,证实了卷式膜组件真空膜蒸馏操作的可行性.在真空度为-0.092 MPa,温度为67.7℃的操作条件下,得到了10.43 kg/(m2·h)的通量.通过试验比较了所制备卷式膜的通量与膜材料本底通量的差别,并对所存在的问题进行了分析.     

热泵-减压膜蒸馏工艺优化及能效分析

针对热泵-膜蒸馏过程中热量不平衡问题展开试验研究,采用两支减压膜蒸馏组件并入料液循环流路,使其分别发挥热量回收及排放富余热量的作用,实现热泵系统的热量平衡.通过试验测试,显示MD₁₂₀₀和MD₂₀₀被认为是最佳双膜组合.采用该双膜组合进行连续8 h的含盐料液处理,结果显示,双膜组合可以获得稳定、连续的膜蒸馏运行效果,总产水量平均为1.9 L/h,系统比能耗最高310 W·h/kg产水,能耗性能优于无热量回收的膜蒸馏工艺,与已工业化的多效膜蒸馏工艺相当,有望成为可获得工业应用的低能耗膜蒸馏新工艺.     

整体非对称性PVDF中空纤维膜在真空膜蒸馏中的应用

采用乙醇与次氯酸钠溶液去除商品化聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜中的亲水性物质,从而恢复PVDF膜材料本征的疏水性,并将疏水膜应用于真空膜蒸馏(VMD)脱盐试验中。在进料温度为70℃,进料流量为120L/h,真空度为-90kPa的操作条件下考察了次氯酸钠溶液浓度,pH值,温度对PVDF中空纤维膜在真空膜蒸馏海水淡化中的处理效果。结果表明:次氯酸钠浓度为8000mg/L,pH为11,温度为45℃时,处理效果最优,并将最优条件下处理所得中空纤维膜应用在真空膜蒸馏稳定性实验中,在200h的运行过程中,通量稳定在5~6kg/m2·h,同时脱盐率可稳定在99.9%。     

单内皮层中空纤维聚离子复合膜的组装及其渗透汽化性能

采用单内皮层中空纤维RAN超滤膜作为基膜,通过动态负压层-层静电吸附法在内皮层上组装聚电解质派对PEI/PAA,制得单内皮层中空纤维聚离子复合膜.研究了支撑层、派对数、负压侧真空度、循环流速等动态组装条件对复合膜渗透汽化性能的影响,考察了复合膜对不同醇/水体系的渗透汽化分离性能.结果表明,当进料液为50℃的质量分数95%异丁醇/水体系时,分离因子达23 731,渗透通量为360.5 g/(m2·h),显示了较好的渗透汽化性能.     

用缠绕式膜组件强化传递过程的研究

用中空纤维膜实验研究了缠绕式膜组件对膜分离传递过程的促进作用,并从理论上分析了缠绕式膜组件对膜两侧对流传递过程的影响,膜蒸馏实验结果表明,相对于普通的中空纤维膜组件,这种膜组件可提高渗透通量50％以上。     

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.     

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，