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。     

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。     

多效膜蒸馏技术分离尿素水溶液的研究

应用新型多效膜蒸馏技术,对尿素水溶液体系进行分离试验研究。用正交试验方法对操作条件进行优化设计,结果表明,在试验范围内,当膜侧进口温度90℃,料液流量30 L/h,料液初始质量分数0.5%,膜通量最大;当膜侧进口温度90℃,料液流量10 L/h,料液初始质量分数0.5%,造水比最大;膜通量随膜侧进口温度升高而增加,膜通量随进料流量增大而增加,造水比反之。     

多效膜蒸馏技术用于氢氧化钠稀溶液的浓缩

研究了多效膜蒸馏(MEMD)过程对氢氧化钠稀溶液的浓缩回收。结果表明,该过程可将Na OH稀溶液浓缩至250 g/L以上,且截留率维持在99.9%以上;虽然Na OH溶液的黏度和沸点随着浓度上升而急剧上升使得膜通量和造水比都显著下降,但是当Na OH质量浓度达到200 g/L时膜通量和造水比仍可达3.05 L/(m2·h)、5.04,达到相当于7效蒸发器的节能效果。膜组件在连续运行的60 d内保持了良好的操作稳定性。     

多效膜蒸馏技术用于果汁浓缩

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西瓜汁、梨汁、柚子汁和苹果汁4种果汁进行了浓缩试验,考察了进料温度、浓度和料液流量对膜通量和造水比的影响。浓缩试验中选用温度为75℃的热水作为低品位热源以保障果汁经历的最高温度不超过70℃。在浓缩过程中膜平均通量约为3 L/（m2.h）,造水比约为7.5,相当于九效蒸发器的节能效果。选取苹果汁为料液,利用上述单因素、浓缩试验后的膜组件进行了周期为2个月的多效膜蒸馏浓缩操作稳定性试验,试验期间所用膜组件的操作性能没有明显下降。     

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%.     

高温多效膜蒸馏用于处理高盐溶液的实验研究

膜蒸馏通常在温度低于90℃的条件下操作,而对于高盐溶液,由于浓差极化和饱和蒸气压下降比较明显,在通常操作温度下膜通量和热利用率都很低。采用具有内部潜热回收功能的多效膜蒸馏组件在高温操作条件下对以氯化钠为代表的无机盐浓溶液的深度浓缩进行了研究,着重考察了冷进料温度T1,加热后料液温度T3、浓度、流量等操作参数对膜通量、造水比和截留率的影响。结果表明,当料液质量分数为5%,热料液温度T3为100℃时,膜通量和造水比的值分别为3.1 L/(m2·h)和15.2;虽然膜通量和造水比均随料液浓度增大而下降,但是当料液质量浓度为25%,T3为105℃时,膜通量和造水比值仍可达1.53 L/(m2·h)和5.8;且截留率达到99.95%以上。在60 d的连续运行中,膜组件保持了良好的性能稳定性。结果表明高温多效膜蒸馏技术能够有效用于高盐溶液的深度浓缩。     

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。     

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。     

多效蒸馏海水淡化技术的发展及应用

多效蒸馏是近几年发展起来的一种新型的海水淡化技术,其原理是加热后的海水流经多个串联运行蒸发器,前一效蒸发的二次蒸汽作为下一效的加热蒸汽,并冷凝成为淡水的过程.多效蒸馏技术可以充分利用电厂余热蒸汽作为热源,这不但解决了淡水紧缺的问题,而且利用了低品位能源.     

直接接触式膜蒸馏的技术方案分析

分别介绍了多效膜蒸馏、太阳能膜蒸馏、热泵膜蒸馏三种典型技术方案的流程、工作原理和基本特点,并以产水量1000 kg/h为例,计算比较了三种技术方案的造水比、设备费用、运行能源费用、膜费用、总运行费用等关键技术经济指标。结果表明,多效膜蒸馏对运行操作温度较高的非热敏料液具有较好的应用优势;太阳能膜蒸馏对不要求连续操作,且太阳能资源丰富的场合较适用;热泵膜蒸馏可用于不同操作温度的料液,尤其是应用于操作温度较低的热敏料液时具有突出的优势。     

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。     

可逆气态膜-多效膜蒸馏-精馏过程脱除水相氨氮副产氨水

可逆气态膜-多效膜蒸馏-精馏耦合工艺可用于脱除料液或废水中的氨氮并得到高纯浓氨水。考察了磷酸二氢铵为可逆吸收剂时气态膜法脱氨效果和多效膜蒸馏-精馏法吸收完成液再生效果。实验结果表明:可逆气态膜总传质系数K和单程氨氮脱除率η分别可达13.9 μm·s^-1和97.5%,废水氨氮值可降至5 mg·L^-1以下;吸收完成液经多效膜蒸馏预浓缩后再经精馏再生可同时得到浓度为5%～18%的氨水。该耦合过程电耗极小的同时蒸汽耗量为28~40 kg·m^-3废水,约为单纯精馏过程的1/5。此外气态膜脱氨和多效膜蒸馏预浓缩过程有效地阻止了废水中挥发性杂质进入浓氨水产品。该过程对气态膜和膜蒸馏用微孔疏水膜组件的稳定性要求苛刻,长期操作试验显示聚四氟乙烯膜能够满足此要求。     

气隙式膜蒸馏传递过程的研究

本文用气隙式膜蒸馏装置测定了膜两侧流体的温度、流量及料液浓度对膜蒸馏通量的影响,并从理论上描述了传热、传质过程,建立了可以预测膜蒸馏过程渗透通量的数学模型.实验结果与模型预测吻合较好.     

国产万吨级低温多效海水淡化技术应用

介绍了神华河北国华沧东发电有限责任公司国产万吨级低温多效海水淡化装置的工艺流程、工作原理、技术特点,研究了海水淡化装置对天然海水温度、加热蒸汽压力等外部参数变化的适应性,分析了影响淡化装置制水经济性的因素,并讨论了淡化装置的负荷调节特性.试验结果表明,本套国产化装置运行稳定,制水负荷可在40%～110%之间灵活调节,产品水水质优良,达到了生活饮用水卫生标准.     

光伏型太阳能热泵膜蒸馏装置及其性能分析

在介绍光伏型太阳能热泵膜蒸馏装置工作原理的基础上,以从海水中制取淡化水为背景,给出了装置的特性方程。计算并分析了当太阳能光照强度变化时,海水进膜组件温度、膜组件性能指标、热泵性能指标、装置总体性能指标的变化规律,可为光伏型太阳能热泵膜蒸馏装置的设计提供参考。     

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。     

直接接触式与气隙式膜蒸馏的比较研究

采用模拟计算和实验的方法对直接接触式膜蒸馏 (DCMD)和气隙式膜蒸馏 (AGMD)过程进行了比较研究。模拟计算及实验结果表明 ,AGMD中的气隙构成了过程的主要阻力 ,使得跨膜温差远小于膜两侧流体主体温差 ,这是两种膜蒸馏方式行为差别的主要原因所在。与AGMD相比 ,DCMD不仅膜通量水平高 ,而且膜通量对操作条件反应灵敏 ,易于实施过程的强化。而DCMD的热效率与AGMD相比差距并不太大。     

低温多效海水淡化进料方式的比较与分析

物料水进料方式决定着低温多效海水淡化装置的布置方式,对制水的经济性具有重要影响.对顺流进料、逆流进料和平流进料等几种进料方式的对比与分析表明,顺流进料方式蒸发器结垢风险最小,但经济性较差;逆流进料有效地改善了制水经济性,但需要多台中间进料泵,增加了系统的复杂性与运行电耗;平流进料盐水逐级自流,流程简单,经济性好.研究还表明,TVC的采用可显著降低蒸汽耗量和凝汽器的必要换热面积,有利于降低设备投资费用,提高制水经济性.