吸收膜蒸馏的传热传质过程

由于吸收膜蒸馏系统的进料液和吸收液的温度非常接近甚至相同,其传热过程无相变热损失,有可能实现能耗较低的膜蒸馏过程,本文尝试开展吸收膜蒸馏法海水淡化研究。首先分别以葡萄糖水溶液和氯化钙水溶液为吸收液进行吸收膜蒸馏海水淡化实验,结果表明氯化钙吸收液时的膜通量明显高于葡萄糖吸收液时的膜通量。其次建立了吸收膜蒸馏过程的质量和热量传递模型,并对模型进行了计算,模型计算值与实验值非常接近。最后对葡萄糖水溶液和氯化钙水溶液分别作吸收液时对传质系数和极化现象的影响进行了计算分析,结果显示,氯化钙水溶液作吸收液时传质系数约为葡萄糖水溶液的1.7倍;且极化现象造成的蒸气压力差减小的值为后者的1/4左右。     

吸收膜蒸馏淡化海水研究

针对吸收膜蒸馏(OD)系统的进料液和吸收液的温度非常接近甚至相同,其传质过程无相变热损失,有可能实现能耗较低的膜蒸馏过程这一设想,尝试开展OD法海水淡化研究。以葡萄糖水溶液为吸收液,考察了温度、料液及吸收液流速、吸收液含量等参数对OD过程的影响。结果表明,随温度的升高,膜通量增大明显;随吸收液和料液流速的增大,膜通量增大,且料液浓缩倍数较小、含量较低时,吸收液流速相对料液流速,对通量的影响更大,反之,料液浓缩倍数较大、含量较高时,料液流速的影响更大;随着吸收液含量的增大,膜通量也相应增大。试验过程中未发生疏水膜的亲水化渗漏现象。     

焦耳效应强化气隙式膜蒸馏脱盐过程的实验研究

以膜蒸馏海水淡化为背景,通过对自制导电炭膜通入直流电产生焦耳效应,开展焦耳效应强化膜蒸馏氯化钠水溶液脱盐过程实验研究。结果表明,制备的煤基炭膜在100℃内具有良好的结构稳定性;在实验范围内,炭膜对氯化钠的截留率在99.96%以上;焦耳效应对膜蒸馏渗透通量的提高率最高可达60%,且低温时焦耳效应对膜蒸馏的强化效果更好、电转换效率更高;引入的焦耳热除用于水分汽化外,还可提高料液温度、改善温度极化、增加传质推动力;焦耳效应同时对膜蒸馏过程传质系数产生影响,在进料温度为50~80℃时,受努森扩散和分子扩散影响,电流为1A时传质系数值将减小,电流为3A和5A时传质系数值将增大;膜蒸馏过程引入焦耳效应不会产生氧化还原反应和额外膜结垢;在炭膜中引入电流不会破坏炭膜及其表面PDMS层的结构。本文研究内容丰富了膜蒸馏海水淡化过程的强化方法,也可为焦耳效应影响膜蒸馏过程的模拟研究及工业应用提供依据。     

液/液膜吸收法处理氨氮废水过程中渗透蒸馏的抑制

对用液／液膜吸收法处理水中氨氮过程中,伴生的水渗透蒸馏的抑制方法进行了研究．结果表明：料液中氨氮浓度高,其水的渗透蒸馏通量小;料液中含有一定的盐分,可抑制水的渗透蒸馏;适当降低料液温度,提高吸收液温度,对抑制料液水的渗透蒸馏有一定作用,其过程对传质系数影响不大。液／液膜吸收法处理含有一定盐分的,具有高浓度氨氮的废水,是可行的,具有广泛的工业应用价值。     

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。     

浓水溶液的膜蒸馏行为：Ⅰ浓度对通量的影响及膜蒸馏—结晶现象

膜蒸馏过程与其他膜过程相比,一个很突出的优点是这一膜过程可以处理极高浓度的水溶液。本文以葡萄糖和氯化钠水溶液为蒸馏对象,讨论了浓度对蒸馏通量的影响。由于葡萄糖是不易结晶物质,当达到饱和状态时溶液过于粘稠,使蒸馏过程不能进行,氯化钠容易结晶,当达到饱和状态时会出现膜蒸馏—结晶现象,伴随膜蒸馏的进行不断析出氯化钠晶体,使采用膜技术直接从溶液中分离出结晶产物成为可能。     

中空纤维致密膜基吸收CO2传质机理分析

研究了硅橡胶/聚砜中空纤维致密膜基吸收CO2的传质机理,考察了吸收剂种类(NaOH、MEA、DEA、TEA)、NaOH浓度、吸收剂流速、吸收剂压力和气相压力对CO2传质系数的影响,并采用数学模型对实验结果进行了分析.其中,用2×103 mol·m-3NaOH溶液作吸收剂时,聚合物膜传质为控制步骤,总传质系数与CO2在膜中的传质系数相近,且实验过程中无漏液、鼓泡等现象发生.     

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...     

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。     

酸性气体膜吸收过程中浓差极化

用聚丙烯中空纤维膜吸收器，针对酸性气体膜吸收传质过程，根据浓差极化时存在局部高浓度区的特点，分别进行了SO2/空气混合气和CO2/空气混合气中酸性气体的选择性吸收实验. 实验测定了SO2和CO2两种不同酸性气体在不同浓度吸收液及不同液速下的总传质系数，比较了两种酸性气体在液相侧的传质特性，根据两组份间化学反应机理的不同，分析了浓差极化对膜吸收过程的影响.     

多效膜蒸馏过程用于海水和浓海水的深度浓缩

研究了离子交换法选择性脱钙与多效膜蒸馏相结合用于海水淡化和淡化厂浓水深度浓缩的可行性。海水或浓海水中钙离子能脱除90%以上,可防止高倍数浓缩时海水中硫酸钙沉淀对膜造成污染。本文以膜通量、造水比和馏出液电导率为多效膜蒸馏过程的性能指标,研究了操作条件对过程性能的影响。膜通量最高可达6.07 L/(m2?h),造水比最高可达13.2;当海水浓缩至250 g/L时,馏出液的电导率小于200 μm/cm,膜通量和造水比仍可达3.61 L/(m2?h)和4.96。以除钙后的浓海水为料液,利用两种多效膜蒸馏组件分别进行了持续45天的操作稳定性实验研究,在试验期间膜组件性能没有明显下降。该研究结果表明,多效膜蒸馏结合选择性脱钙是适合于海水深度浓缩及资源综合利用的高效节能技术。     

新型气隙式膜蒸馏组件脱盐过程

利用基于聚丙烯中空纤维膜和聚丙烯中空纤维换热管的新型能量回收式膜组件(AGMD-HF),以70 g·L^-1的氯化钠溶液为研究对象,考察了膜组件长度和膜孔径大小对膜组件脱盐性能的影响。为直接衡量操作条件、组件参数以及温差、浓差极化现象对传质系数的影响,引入总传质系数,并研究进料温度和膜孔径对总传质系数的影响。实验结果表明,总传质系数随着温度的升高、膜孔径的增大而增大,提高膜孔径可有效提高总传质系数,同时可有效提高通量和造水比。通量随组件长度的增大而减小,而造水比增大,因此在应用过程中可综合考虑通量和造水比以便选择合适的组件长度。     

气隙式膜蒸馏NaCl溶液的两相流强化

以膜蒸馏海水淡化为研究背景,采用气液两相流技术,对疏水改性管状陶瓷膜进行气隙式膜蒸馏模拟海水(NaCl溶液)强化实验研究。研究结果表明,在膜管内通入气体形成两相流后,去离子水和NaCl溶液的强化传质效率分别达到30.36%和28.57%。两相流过程强化影响因素的实验分别考察了料液温度、料液浓度和气体流量对渗透通量的影响,结果表明:在实验范围内,渗透通量随料液温度的升高而显著增大,且相比未通气体时增加了12%~44%;料液浓度增大导致渗透通量减小;气体的通入使得渗透通量增大,但当气体流量超过40L/h后,渗透通量却呈现缓慢下降的趋势;在体积气含率为0.5时的两相流强化效果最好,高速摄像仪拍摄到的现象很好地解释了该实验结果。研究结果将为进一步探究膜蒸馏强化过程的研究奠定基础。     

温度极化对膜蒸馏性能的影响研究进展

温度极化现象普遍存在于膜蒸馏过程中,该现象可导致驱动力下降、渗透通量降低且能耗增加。介绍了温度极化现象产生的原因及其评价指标,分析了进料液流速和膜的特性对其造成的影响,阐述了其在传热和传质过程中的负面作用。对传统膜蒸馏工艺及组件进行优化可在一定程度上减轻温度极化,但研发具有导热功能的复合膜以实现对冷进料的加热,则有望从根源上显著降低温度极化,提升膜蒸馏性能。     

阻垢剂对海水淡化膜蒸馏试验的影响

采用直接接触式膜蒸馏技术进行海水淡化试验研究。在海水温度为55℃,循环水温度为20℃的条件下,考察了不同阻垢剂用量对膜蒸馏海水淡化的影响、工艺连续运行过程中膜通量和产水电导率随时间的变化情况,确定了膜蒸馏过程稳定运行的最优浓缩倍率。结果表明,阻垢剂的加入可明显提高淡水的产水率,产水率可达到85%以上,减少了高盐度海水浓缩液的排放,膜通量稳定,产水水质好,其电导率不超过10μS/cm,膜蒸馏海水淡化具有一定的技术可行性和可操作性。     

舰船冷却海水真空膜蒸馏淡化实验研究

采用 NACE膜设计舰船冷却海水真空膜蒸馏淡化工艺流程,实验考察海水温度、海水流量、渗透侧真空度对产水通量的影响,通过连续运行实验考察膜通量的变化,并采取多种清洗方法比较膜通量的恢复情况。结果表明：舰船冷却水真空膜蒸馏海水淡化的产水通量受海水温度、海水流量、渗透侧真空度影响显著,适宜操作条件为进料海水温度 70～80 ℃,海水流量 35～40 L/min,真空度 0.08～0.09 MPa。膜通量下降时采用 0.5 mol/L 稀盐酸清洗,通量能恢复98.8%。当海水流量40 L/min,水温80 ℃,真空度0.09 MPa时,膜通量达到18 L/（m²·h）。     

膜曝气-吸收耦合式海水烟气脱硫过程

利用聚丙烯中空纤维双层曝气式膜接触器,对膜曝气-膜吸收耦合式海水烟气脱硫过程开展实验研究,考察了烟气流量、海水流量、海水pH以及曝气量等因素对烟气脱硫参数的影响。结果表明,曝气式膜吸收过程具有更高的脱硫效率和传质性能,相较于非曝气过程,SO₂吸收率可提高12.4%。提高烟气流量,使SO₂吸收率降低,总传质系数先增大再减小;提高吸收剂流量、pH和曝气量,SO₂吸收率和总传质系数均会提高,海水pH较高条件下加入曝气更能有效加强吸收效果;烟气中SO₂的吸收通量均随海水pH和曝气量的增加而增加。扫描电镜及接触角测量显示在使用一个月后的膜丝仍具有较高的疏水性能和使用性能。     

聚丙烯平板微孔膜膜蒸馏海水淡化研究

采用热致相分离法制备了聚丙烯平板微孔膜,并对自制平板膜组件的膜蒸馏海水淡化性能进行了研究。探讨了膜制备条件及海水流量、温度、膜后真空度等真空膜蒸馏过程操作条件对聚丙烯平板膜组件海水淡化性能的影响,自制组件连续运行的小试结果表明:当真空侧压力为3kPa,进料温度为323.15K,流量为50L/h时,天津市渤海湾海水膜蒸馏过程的平均水通量达10.56kg/m·2h,产品水的脱盐率均在99.8%以上。     

气态膜吸收法脱除水中氨的传质效果

利用聚丙烯中空纤维气态膜对氨/水分离过程及影响因素进行研究,考察膜两侧液体流速、浓度、温度等工艺条件对传质系数和氨脱除率的影响。研究结果表明：气态膜-化学吸收法对氨/水有很好分离效果;原料液温度和流速的影响较为显著,传质系数随温度升高而升高,而提高原料液的流速,膜通量增加,氨的脱除率却下降,压力降升高;氨的初始浓度对膜通量影响较大,膜通量随初始浓度升高而增大;吸收液中反应物浓度相对于透过氨浓度过量时,吸收液的浓度、流速对传质过程影响较小。     

膜吸收法回收烟气CO_2传质过程研究

在0.1~2 m~3/h模拟烟气膜吸收处理装置上,进行了膜吸收法捕集CO_2传质过程研究。在其他条件不变的情况下,考察了气体流量、吸收液流量和吸收液浓度对传质过程的影响;结合吸收溶剂的化学反应增强因子及中空膜本身的参数,建立了膜吸收过程的传质计算模型。试验结果表明:在有化学吸收推动的膜吸收传质过程中,膜吸收的传质阻力集中在气相和膜的界面,而反应发生在液膜界面,所建立的计算模型也很好地反映了这一现象。通过建立传质模型,可以推算出膜表面吸收传质过程,从而为膜吸收过程的工业放大提供支撑。