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。     

eat and mass transfer of sweeping gas membrane distillation

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。     

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%.     

膜蒸馏过程的CFD模拟

文章基于膜蒸馏热质传递机理建立了二维CFD模型。利用商用CFD软件FLUENT模拟了平板膜组件中的膜蒸馏过程,模拟结果与文献实验值较吻合,相对平均偏差为6.0%。利用所建CFD模型,模拟了不同料液温度、浓度及流速下的膜蒸馏过程。通过分析不同操作条件下的渗透通量变化、膜组件内的温度场和浓度场分布及过饱和度分布,确定了膜蒸馏过程的适宜操作条件:对于较低浓度进料(即料液侧进口Na Cl质量分数为0.15),可采用低流速(0.02~0.06 m/s)操作条件;而较高浓度料液的浓缩(即Na Cl质量分数为0.25)时,应采取高料液侧流速操作(≥0.07 m/s)以避免膜表面Na Cl过饱和结晶析出影响膜蒸馏正常进行。     

减压多效膜蒸馏过程试验研究

针对膜蒸馏(MD)过程能耗高、蒸汽冷凝耗水量大的问题,首次设计了减压多效膜蒸馏过程(MEMD)。其特征是在减压膜蒸馏(VMD)过程中设立特殊的多效蒸发区。其中的膜组件同时具有蒸汽的换热降温与原料液的升温蒸发双重作用,从而实现VMD过程蒸发潜热的高效回收利用。试验研究了主蒸发区膜组件面积、多效蒸发区组件管程的进液流量、多效蒸发区组件长度等参数对MEMD过程性能的影响。当主蒸发区膜组件面积为0.10 m2、多效蒸发区组件长度为868 mm、管程进液体积流量为4.0 L/h时,系统的当量膜通量最大(34.8 kg/(m2.h)),额外冷却水用量仅为传统VMD过程的30.8%(每L产水消耗17.2 L冷却水);增加多效蒸发区的组件长度,能显著提高蒸汽相变热回收率,但不能提高系统的当量膜通量。     

利用多效膜蒸馏技术浓缩硫酸和磷酸水溶液

利用自制中空纤维气隙式多效膜蒸馏组件进行了多效膜蒸馏过程浓缩稀硫酸和磷酸溶液的研究, 考察了膜入口温度、料液进口浓度和料液流量对渗透通量和造水比的影响。结果表明,膜入口温度升高时渗透通量和造水比增加;料液流量增加,渗透通量增加,而造水比随之降低;料液酸浓度增加,渗透通量和造水比均随之下降,且硫酸的影响更为显著。实验过程中渗透通量和造水比最高可达5.3 L/(m²·h)和11.5。在适当的操作条件下,该过程可将质量分数(下同)为2%的稀硫酸或稀磷酸溶液浓缩至40%以上,且渗透液最大的电导率仍小于200 μS/cm。以10%的硫酸溶液为料液,利用2个不同的膜组件进行了持续30 d的多效膜蒸馏过程稳定性实验研究,实验期间所用膜组件操作性能没有明显下降,没有观察到膜渗漏现象。     

减压膜蒸馏热量回收过程研究

减压膜蒸馏作为一种新型的脱盐技术在海水淡化和高盐废水处理等方面具有广泛的应用价值。针对解决减压膜蒸馏过程中热量消耗大的问题展开了探索性研究,研制出了1套三级热量回收式减压膜蒸馏组件, 考察了不同操作条件对热量回收利用率的影响。研究结果表明,所设计的热量回收式组件能够有效回收利用减压膜蒸馏过程中的蒸汽潜热,而进料液温度、进料液流速和蒸汽透过侧真空度等操作条件都对其热量回收利用率具有一定程度的影响。为进一步提升减压膜蒸馏热量回收效率的研究和降低运行成本工艺技术的开发奠定了基础。     

结晶膜蒸馏回收废水中氯化铵的研究

采用自制中空纤维膜蒸馏组件对含氯化铵工业废水进行结晶膜蒸馏实验研究,考察了影响水通量的因素,如料液温度、浓度、流速,以及吸收液的流速、浓度等。找到了最佳的工作条件。在料液温度45℃,吸收液温度20℃,两侧流速为11.5ml/min的条件下,膜通量约为1.53×10-3kg/m2·h。经6小时的膜蒸馏NH4Cl开始结晶析出,氯化铵的截留率在95%以上。     

新型气隙式膜蒸馏组件盐水浓缩的试验研究

利用新型气隙式膜蒸馏组件对氯化钠溶液进行膜蒸馏试验研究。考察了进料温度、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T3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;试验过程中截留率基本保持不变,稳定在99.8%以上。当料液浓度为3.0%,进料温度T1为30.0℃,T3为95.0℃、流量为7.0 L/h时,膜通量为4.1 L/(m2·h),造水比为7.0,截留率可达99.8%,经过60 d浓缩试验后,膜通量、造水比和截留率均保持稳定。     

新型中空纤维空气隙式膜蒸馏用于海水淡化

利用自制的添加隔热管状隔网并呈螺旋缠绕结构编排的中空纤维膜组件进行了空气隙式膜蒸馏(AGMD)海水淡化过程性能研究, 实验以模拟标准海水(质量分数3.5%, 总溶解性固体含量35000 mg·L^-1)为热料液进水, 考察了热料液进水温度、热料液流量、冷凝液进水温度和冷凝液流量对膜通量、造水比和热效率的影响。结果表明, 随着热料液进水温度增加, 膜通量、造水比和热效率均增加;冷凝液进水温度增加, 膜通量下降而造水比和热效率增加;热料液流量增加, 膜通量上升而造水比和热效率明显下降;冷凝液进水流量对膜蒸馏过程性能影响较小。实验过程中产水TDS始终保持在3.0 mg·L^-1以下, 相应的离子去除率高于99.99%, 膜通量、造水比和热效率最高可分别达5.87 L·m^-2·h^-1、5.37和0.943。研究表明, 引入清洁能源取代传统电加热驱动热源将进一步突出膜蒸馏技术的实际应用潜力。     

膜蒸馏技术最新研究应用进展

膜蒸馏是一种热驱动的新型分离技术,可使蒸汽分子在膜两侧的压力梯度作用下通过膜孔迁移至膜外侧并冷凝下来。本文简要介绍了膜蒸馏的热质传递原理以及直接接触式、气隙式、气扫式、真空式等几种主要膜蒸馏装置的特点。综述分析了膜蒸馏的相关研究进展,包括:膜蒸馏的操作及膜特性参数的影响机理研究;更多高性能的膜材料的研制;对膜污染在工艺与操作参数方面的改进;通过能源利用与组件优化强化膜蒸馏过程等。概述了膜蒸馏在海水脱盐制备纯水、食品工业中果汁浓缩及酒精发酵、化学可挥发性物质的分离以及有毒有害废水处理方面的最新应用。最后,进一步指出过程参数的综合影响、膜材料的商业化、膜组件设计以及过程热效率是目前阻碍膜蒸馏工业化应用的主要问题。展望了加强能源研究、专注于商业用膜的研发、较多关注于其他膜蒸馏过程以及系统角度的优化分析是膜蒸馏技术未来的发展方向。     

减压膜蒸馏过程中膜污染及膜阻力分析研究

研究了减压膜蒸馏浓缩人参提取物水溶液过程中的膜污染,考察了料液温度,膜两侧蒸汽压差和料液流速对膜污染的影响,分析了膜污染产生的原因,测定了浓缩过程中的膜阻力.结果表明:料液温度、膜两侧蒸汽压差和料液流速直接影响膜污染的程度,温度越高、蒸汽压差越大,膜污染越严重;当温度为338.15K时,运行5h后J/J0为0.3445,而温度为328.15K时,J/J0为0.835;当蒸汽压差为8.6kPa,运行5h后J/J0为0.3283,而当蒸汽压差为35kPa时,J/J0为0.8381.提高流速可以削弱浓差极化,更重要的是减轻膜污染现象的发生,当流速为60L·h-1时,运行5h后J/J0为0.643 5,而流速为40L·h-1时,J/J0为0.328 3.导致膜通量下降的主要原因是污染层阻力的增大,污染层阻力从所占总阻力8.02%增至23.92%;其次是浓差极化阻力,浓差极化阻力从所占总阻力9.25%增至12.2%,温差极化阻力影响较小.     

膜蒸馏法处理甲醇水溶液的研究

采用自制中空纤维膜蒸馏组件对含甲醇水溶液进行膜蒸馏处理研究 ,考察了影响甲醇通量的因素。如料液温度、浓度、流速 ,以及载液流速等。找到了最佳的工作条件。在料液温度 45℃ ,载液温度 2 0℃ ,两侧流速为 1 1 .5 m L/min的条件下 ,膜通量约为 0 .45× 1 0 -3kg/m2· h。浓度高达1 0 mg/m L的甲醇水溶液经处理后可降至 0 .0 3mg/m L以下。     

鼓气减压膜蒸馏过程研究

设计了新型鼓气减压膜蒸馏(AVMD)过程,在原水进入疏水膜组件前鼓入低压压缩空气,形成气液混合流进入疏水膜组件,在疏水膜组件的产汽出口外接负压系统,构成AVMD系统.采用疏水性聚偏氟乙烯中空纤维微孔膜,以自来水为测试液,研究了鼓气强度、进料温度、流速、冷侧真空度对AVMD过程性能的影响,考察了AVMD对不同NaCl含量溶液的分离性能.结果表明,随着鼓气量、进料液温度、流速,真空度的提高,AVMD过程通量有明显的增加,而产水电导率始终低于0.3 mS·m~(-1).当进料液温度70℃,冷侧真空度85 kPa,进料流速1.33 m·s~(-1)时,AVMD过程膜通量可高达45 kg·m~(-2)·h~(-1),而相同实验条件下减压膜蒸馏(VMD)过程的通量约为30 kg·m~(-2)·h~(-1).     

膜鼓气/吸收法连续脱溴过程

以开发节能高效的新型提溴工艺为目的,设计了以中空纤维疏水膜作为布气装置的膜鼓气/吸收( MA-B/A)法连续脱溴过程.压缩空气经过布气装置(U型PVDF中空纤维疏水膜组件)以微小气泡的形式分别进入串联的各级鼓气膜组件,与料液(模拟海水)形成对流传质,实现溴素的连续脱除.考察了鼓气膜组件级数、组件装填密度、料液流量、鼓气...     

能量回收型热泵膜蒸馏装置的结构与性能分析

介绍了三种典型的能量回收型热泵膜蒸馏装置,分析了装置的构成、工作原理及特点,其中内部能量回收型热泵膜蒸馏装置具有系统简单、紧凑、运行能耗低等优势。给出了该装置的特性方程,计算分析了中空纤维疏水膜长度、膜孔直径、料液流量、热料液进膜蒸馏组件的温度、冷料液进膜蒸馏组件的温度对产水速率、节能倍率等装置性能指标的影响规律。     

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。     

热泵膜蒸馏专用膜组件的研制与性能测试

针对热泵膜蒸馏的特点,提出了热泵膜蒸馏系统专用膜组件的设计要求,分析了膜组件的关键要素对热效率的影响规律,研制了某热敏料液的热泵膜蒸馏浓缩专用膜组件,并进行了性能测试。结果表明:当料液进出口温度为45.2℃和39.1℃,冷凝水进出口温度为29.1℃和37.0℃,料液和冷凝水流量为4.42g/s和2.50g/s时,膜组件热效率可达50.1%,较好地实现了该组件的研制要求。     

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。     

中空纤维束-套管型气隙式膜蒸馏组件研制与测试

研制了一种结构简单、制作方便的中空纤维束-套管型气隙式膜蒸馏组件,介绍了其结构及工作过程,并制作了膜蒸馏组件的性能测试装置。采用自来水、11Brix苹果汁、50%LiBr水溶液三种料液对膜蒸馏组件的性能进行了测试,得到了该组件在典型运行工况下的膜通量、热效率、截留率等性能数据。