中空纤维膜除湿组件的热质传递特性

中空纤维膜液体干燥剂空气除湿技术是一种结合液体除湿和膜分离技术的新型除湿技术,这种技术避免了气液直接接触,从本质上克服了传统液体除湿技术气液夹带的难题。中空纤维膜作为间接接触的介质,新风和除湿溶液通过膜进行共轭传质传热。探究南方湿热气候下该技术的可行性,根据南方气候条件下室内新风的特点设计并制造一种中空纤维膜除湿组件,建立相应的数学模型,研究不同进口新风工况和溶液工况下组件的除湿性能,分析组件内的传热传质机理,提出了组件性能的优化方向。研究结果可为中空纤维膜组件的设计提供基础理论。     

膜式液体除湿器研究进展

膜式液体除湿技术可很好地解决传统气液直接接触填料塔式液体除湿技术中存在的除湿溶液液滴夹带问题。在膜式液体除湿技术中,湿空气和除湿溶液被半透膜隔离。该膜只允许水蒸气的透过,而严格阻止其它气体和液体的渗透。本文概述了膜式液体除湿器中常用膜材料和膜组件的研究进展,重点阐述了膜式液体除湿器中的热质共轭传递数学模型,展望了膜式液体除湿器的发展方向。容易发现,在膜材料方面,在防止溶液泄露的前提下,应降低膜内部湿传递阻力;在膜组件（膜除湿器）方面,文献中获得的流动与传热传质基本准则数为膜组件的设计和优化提供了理论依据,另外,可通过增加翅片、冷却盘管或使用椭圆形中空纤维管来强化组件除湿性能。     

中空纤维膜在吸收式热泵中的热质传递分析

为扩大中空纤维膜在烟气余热回收领域的应用,利用溶液除湿技术与中空纤维膜的材料特性,将中空纤维膜与吸收式热泵余热回收系统相结合,不仅可以避免湿空气直接接触除湿溶液,还能防止出现传统吸收式热泵中除湿剂液滴飘散的问题。根据系统搭建膜除湿组件实验台,分析了不同烟气温度、流量和溶液温度对除湿组件的传热传质影响。结果表明:溶液温度上升到一定程度时出现的"反加热"现象,使得排烟的过热度在一定程度上有所升高,实际过程中"冒白烟"的问题得以解决;入口溶液温度在42—45℃之间时,烟气除湿冷却效果较好,可以在较高温度将余热进行回收。     

错流降膜液体干燥剂除湿/再生传热传质数学模型及分析

分析了错流降膜液体干燥剂除湿及再生传热传质过程 ,建立了基于实际除湿系统的描述再生和除湿过程的数学模型 ,考虑到除湿过程中产生的热效应 ,以氯化钙溶液为除湿剂时 ,对气侧和液侧的传热传质系数进行了理论和数值求解 .计算结果表明 ,传热传质系数与气流流动状态、除湿剂的热物理性质等因素有关     

中空纤维膜管束液体除湿再生过程中的热湿耦合传递

研究了中空纤维膜管束液体除湿再生过程中的热湿耦合传递特性。选择了两根膜纤维管及其管内部溶液流和管间空气流作为研究对象,建立了控制流体流动与传热传质过程的偏微分方程,并采用有限容积离散方法和贴体坐标转换方法进行求解,获得了计算单元内的阻力系数、Nusselt数和Sherwood数,分析了耦合边界条件下的Nusselt数和Sherwood数与相应等壁温和等热流密度边界条件下的相应准则数之间的差异。这些研究结果可以为用于液体除湿再生过程的中空纤维膜管束构成的膜接触器的结构设计提供理论基础。     

中空纤维膜管束液体除湿再生过程中的热湿耦合传递

研究了中空纤维膜管束液体除湿再生过程中的热湿耦合传递特性。选择了两根膜纤维管及其管内部溶液流和管间空气流作为研究对象,建立了控制流体流动与传热传质过程的偏微分方程,并采用有限容积离散方法和贴体坐标转换方法进行求解,获得了计算单元内的阻力系数、Nusselt数和Sherwood数,分析了耦合边界条件下的Nusselt数和Sherwood数与相应等壁温和等热流密度边界条件下的相应准则数之间的差异。这些研究结果可以为用于液体除湿再生过程的中空纤维膜管束构成的膜接触器的结构设计提供理论基础。     

中空纤维膜组件分离酸性气体

研究了气体膜分离与溶剂吸收相结合的分离技术.以NaOH水溶液为吸收剂,在中空纤维膜组件中实现二氧化硫气体的选择性吸收.研究了在三种不同结构的疏水性聚丙烯中空纤维膜组件中,吸收剂浓度、液速、气速、气液两相在膜组件内的流程、膜结构等对分离过程的影响;根据膜结构的实际参数确定了多孔膜的曲率因子,总传质系数的计算值与实验值相符.     

填充密度对新型中空纤维膜接触器分离性能和传质的影响

采用聚丙烯中空纤维膜接触器作为新型精馏结构填料对甲醇水溶液体系进行了精馏分离过程的实验研究,探讨了填充密度对中空纤维膜接触器分离性能和过程传质的影响.结果表明,填充密度为4.7%时,接触器塔顶甲醇浓度比填充密度为9.5%时的高,且两种填充密度的膜接触器组件均可在远离常规填料液泛线以上的气速范围操作.随着气速逐步增大,传质单元高度变大,壳程气相传质系数随之变大,填充密度高的组件的气相传质系数较小.     

微孔中空纤维膜接触器烟气脱硫性能的研究

对中空纤维膜接触器用于烟气脱硫的工艺进行了实验研究并建立了脱硫率计算模型。采用疏水性聚丙烯中空纤维膜组装膜组件,用SO2钢瓶气与空气配制模拟烟气,气相走中空纤维膜内侧,以Na2SO3溶液为吸收剂进行脱硫实验研究。实验结果表明,该脱硫工艺脱硫率高且稳定。当Na2SO3吸收液浓度大于5%,液相阻力可以忽略;脱硫率随气速的增大而减小,而随膜组件有效长度、膜传质系数的增大而增大。忽略液相传质阻力,用传质速率与物料衡算方法及传质经验关联式,建立微孔中空纤维膜接触器烟气脱硫率计算模型,模型计算值与实验值误差小于9.5%,模型能比较可靠地模拟烟气脱硫过程,通过该模型可以快捷计算脱硫率。     

太阳能光热-光电中空纤维真空膜蒸馏系统理论与实验研究

自主设计并搭建了太阳能光热-光电中空纤维膜蒸馏系统,太阳能光热采用面积1.82 m~2真空管集热系统,光伏发电采用面积1.63 m~2多晶硅电池板。实验方面,研究了不同工况下,热料液在不同流动方式时膜通量的差异;研究了在不同跟踪方式下太阳辐照度对系统性能的影响。结果表明:料液在管程流动的膜通量大于壳程的膜通量,且进口料液温度取50～70℃之间为宜;自动跟踪下膜组件入口温度比非跟踪高2～3℃,可以延长膜蒸馏系统运行时间1～2 h,且在相同的自然环境下,自动跟踪方式最大膜通量8.89 kg/(m~2·h)远高于非跟踪方式时4.26 kg/(m~2·h)。理论方面,分析了以水为工质的中空纤维膜蒸馏的传热和传质过程,建立了传热传质理论计算数学模型;分析了辐照强度、膜表面温差、膜丝内表面传热系数、传热与传质通量的定量关系,计算了膜面温度与理论膜通量,对比了实验值与理论值。系统运行稳定,能量综合利用效率高,性能可靠,为工程应用奠定了理论和实验基础。     

不同中空纤维膜组件对甲烷和氧气无泡曝气过程的影响

为探索无泡膜曝气用于甲烷高效、安全生物转化的可能性,测试了3种中空纤维膜组件对甲烷和氧气传质速率的影响.所测膜组件分别为致密硅胶中空纤维膜(A)、疏水性微孔聚丙烯中空纤维膜(B)及亲水性微孔聚醚砜中空纤维膜(C).结果表明,膜组件A和B可以同时强化甲烷和氧气的气液传质过程,对甲烷进行无泡曝气,两者的体积甲烷传质系数(KLa)相近,分别为3.19和3.78h·1,约为传统鼓泡曝气的3倍.对空气进行无泡曝气时,膜组件B的KLa值(溶氧)为61.1h·1,是A的2.6倍,是传统鼓泡曝气的24.8倍.     

太阳能光热-光电中空纤维真空膜蒸馏系统理论与实验研究

自主设计并搭建了太阳能光热-光电中空纤维膜蒸馏系统,太阳能光热采用面积1.82 m²真空管集热系统,光伏发电采用面积1.63 m²多晶硅电池板。实验方面,研究了不同工况下,热料液在不同流动方式时膜通量的差异;研究了在不同跟踪方式下太阳辐照度对系统性能的影响。结果表明：料液在管程流动的膜通量大于壳程的膜通量,且进口料液温度取50~70℃之间为宜;自动跟踪下膜组件入口温度比非跟踪高2~3℃,可以延长膜蒸馏系统运行时间1~2 h,且在相同的自然环境下,自动跟踪方式最大膜通量8.89 kg/(m²·h)远高于非跟踪方式时4.26 kg/(m²·h)。理论方面,分析了以水为工质的中空纤维膜蒸馏的传热和传质过程,建立了传热传质理论计算数学模型;分析了辐照强度、膜表面温差、膜丝内表面传热系数、传热与传质通量的定量关系,计算了膜面温度与理论膜通量,对比了实验值与理论值。系统运行稳定,能量综合利用效率高,性能可靠,为工程应用奠定了理论和实验基础。     

压缩空气溶液除湿中不同除湿剂除湿性能比较

在压缩空气溶液除湿实验平台上,分别以LiBr和LiCl水溶液作为除湿剂,实验研究了两种溶液在压缩空气溶液除湿系统中的除湿性能。以溶液表面水蒸气分压力作为比较基准,压缩空气出口含湿量和除湿量作为除湿性能的评价指标,对二者的除湿能力进行比较分析。同时基于压缩空气溶液除湿器传热传质模型,结合实验数据,研究了LiBr、LiCl溶液与压缩空气间的传质系数大小以及变化规律。结果表明:在相同的处理工况下,采用LiCl溶液对压缩空气进行除湿能得到更低的空气出口含湿量和更高的除湿量,LiCl溶液除湿过程的传质系数也高于LiBr溶液,即在压缩空气溶液除湿系统中LiCl溶液具有更优的除湿能力和传质性能。     

压缩空气溶液除湿中不同除湿剂除湿性能比较

在压缩空气溶液除湿实验平台上,分别以LiBr和LiCl水溶液作为除湿剂,实验研究了两种溶液在压缩空气溶液除湿系统中的除湿性能。以溶液表面水蒸气分压力作为比较基准,压缩空气出口含湿量和除湿量作为除湿性能的评价指标,对二者的除湿能力进行比较分析。同时基于压缩空气溶液除湿器传热传质模型,结合实验数据,研究了LiBr、LiCl溶液与压缩空气间的传质系数大小以及变化规律。结果表明：在相同的处理工况下,采用LiCl溶液对压缩空气进行除湿能得到更低的空气出口含湿量和更高的除湿量,LiCl溶液除湿过程的传质系数也高于LiBr溶液,即在压缩空气溶液除湿系统中LiCl溶液具有更优的除湿能力和传质性能。     

振动特性对中空纤维膜组件管外传质的影响

为提高中空纤维膜组件的传质效率,减轻浓差极化,运用计算流体力学软件Fluent动网格技术,以含氧水的除氧过程为研究对象,研究了振动特性对中空纤维膜组件管外传质的影响。研究结果表明:与静止的工况相比,振动能够使流体产生二次流,使得流动从层流转化为紊流,增强流体与膜组件以及中空纤维管壁面的碰撞,极大程度地减轻浓差极化现象,进而强化传质;随着振动频率和振幅的增大,膜组件出口处氧质量浓度降低,水中氧的清除率增大,传质效果变好;一定条件下振动工况比静止工况氧的清除率最高可以提高144%,固定振幅为6 mm振动频率从2.5 Hz增加到10 Hz时清除率提高76%;固定频率为2.5 Hz振幅由2 mm增加到6 mm时清除率提高10%,增大振动频率对于强化传质的效果要好于增大振幅。研究结果可以为实际的工程应用提供理论指导。     

基于热不平衡考虑的溶液除湿/再生传热传质系数(Ⅱ)实验与模型计算分析

溶液除湿和再生装置是溶液除湿空调系统中的重要组成部件,常用的溶液除湿和再生装置内部空气和溶液流道一般是非常复杂,其内部传热传质规律也不易精确得到.建立一套最简单的降膜除湿/再生装置,进行逆流除湿和再生实验.采用本文(I)报中的基于热不平衡考虑的Le-hD测量法计算得到溶液平板降膜的耦合传热和传质系数随各种实验工况的变化...     

聚四氟乙烯中空纤维气态膜法浓海水提取溴素

以浓海水为含溴原料液,NaOH溶液为吸收剂,考察了用聚丙烯（PP）、聚偏氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯（PTFE）3种材料制作的微孔疏水中空纤维气态膜组件从浓海水中提溴的性能和使用寿命。实验结果表明PTFE中空纤维膜具有更高的传质系数和更强的耐溴氧化能力,更适合用于浓海水提溴。进而考察了各种操作条件对PTFE气态膜组件传质系数K和提溴率η的影响以及该组件的长期操作稳定性。实验结果表明：K随温度增加而增大,随料液中NaCl含量的增大而略有减小,料液流速和含溴量、吸收液的流速和吸收剂浓度对传质系数影响不大。PTFE膜组件在连续运行的3个月内表现了良好的操作稳定性,为PTFE中空纤维气态膜法提溴工艺的工业化应用提供了技术基础。     

中空纤维更新液膜在己内酰胺精制中的应用

研究了中空纤维更新液膜技术用于己内酰胺精制时的传质性能,考察了两相流速、萃取剂用量对传质的影响,并与大块液膜技术以及萃取塔技术进行了对比。在实验范围内,中空纤维更新液膜过程总传质系数随两相流速的增大而增大,且壳程流速对传质的影响较大。中空纤维更新液膜过程传质通量可达大块液膜的1．5倍,总体积传质系数可达工业萃取塔的2．3倍,萃取剂用量相比于大块液膜、工业萃取塔大幅度降低,具有很大的应用潜力。     

精馏分离中的新型中空纤维膜结构填料及其传递现象

以异丙醇/水体系为研究对象,采用有挡板的新型聚醚砜中空纤维膜接触器作为精馏结构填料,进行了精馏分离过程和现象的研究。通过不同流动方式的比较,在新型膜接触器中设计了液体管内流动、蒸气壳层沿挡板逆向流动的改进型平行流方式。实验结果表明：无论有无挡板,中空纤维膜结构填料对异丙醇/水溶液的分离效率均较常规结构填料要高得多,且操作气速可以在常规填料液泛线以上,表明其不易受常规填料的操作弹性限制。有挡板膜接触器的性能和分离效率较无挡板时更优,运行参数更为稳定,其最小传质单元高度HTU值可达5.4cm。与其它中空纤维膜分离器类似,其总传质系数K随中空纤维膜的填充密度φ加大而变小,但新型膜接触器精馏过程的总传质系数值较液液萃取要高出约5～10倍。     

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。