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。     

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。     

热泵膜蒸馏系统结构及其优化分析

热泵膜蒸馏系统具有能耗低、可用于中高浓度料液等特点。针对不同料液温度、水蒸气凝结温度、热泵驱动能源等要求,给出了五类典型结构的热泵膜蒸馏系统,介绍了其结构和应用特点。在此基础上,建立吨水总费用与主要影响参数的关系方程,并进行了计算分析。结果表明,料液温度、膜组件成本与寿命、电价等对降低吨水总费用均具有重要影响。     

热泵膜蒸馏装置的动态特性分析

热泵膜蒸馏装置具有结构简单、能耗低、可在常压下实现料液的低温分离等特点;在对热泵膜蒸馏装置工作原理进行简要介绍的基础上,建立了装置的动态数学模型,对关键工况参数、膜组件性能、热泵性能、装置总体性能随运行时间的变化规律和辅冷器不同散热量对装置参数的影响进行了计算分析,结果表明通过调整辅冷器散热量可实现对装置工况参数的调控。     

热泵膜蒸馏装置的能量平衡分析

热泵膜蒸馏装置具有能耗低、可在常压下对热敏料液进行低温浓缩等优势。针对热泵与膜组件直接结合会导致料液工作温度不易控制的问题,给出了八种解决方案,并对各方案的辅冷器面积、产水能耗进行了对比分析。分析结果表明:辅冷器设置在加热器侧时,其面积可较小,但产水能耗较大;辅冷器设置在冷却器侧时,其面积较大,但产水能耗较小。     

热泵膜蒸馏系统及其特性分析

热泵可同时提供热能和冷能,与膜技术耦合具有较好的节能效果。在介绍热泵膜蒸馏系统结构和工作原理的基础上,对膜通量、热泵制冷系数、吨水能耗、单位热泵功率产水率、热泵功率与膜面积比等参数随料液温度的变化关系进行了分析。分析结果对掌握热泵膜蒸馏系统的基本特性具有较好的指导作用。     

气扫式多效膜蒸馏过程研究

针对气扫式膜蒸馏(SGMD)过程能耗高的问题,设计了1种气扫式多效膜蒸馏(SGMEMD)过程,其特征是在传统SGMD过程中设立独特的热量回用系统。该系统同时具有蒸汽的换热冷凝与料液的预热升温双重作用,从而实现蒸汽潜热的梯级回收利用。实验研究了吹扫气流速、料液循环流量、膜组件内料液与吹扫气流向、料液浓度对SGMEMD过程膜蒸馏通量和造水比(GOR)的影响。结果表明,当采用质量分数2.5%的NaCl溶液作为原料液,料液温度为78℃、循环体积流量为5.0L/h、吹扫气流速为1.6m/s(标准状态),膜组件内吹扫气与料液为逆向流动时,SGMEMD过程的GOR可达3.1。     

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。     

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。     

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。     

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。     

苯酚的膜蒸馏及结晶回收处理研究

采用中空纤维蒸馏技术研究了含酚废水的膜蒸馏处理及结晶回收，考察了料液相的温度、酸度、流速、吸收液浓度以及结晶回收苯酚等因素对苯酚膜蒸馏及结晶过程的影响。结果表明：以2％的NaOH溶液为吸收液时，膜蒸馏通量与料液相流速率有苯酚的浓度成正比，而当料液pH低于2．5及温度高于40℃的条件下，膜蒸馏通量几乎不受上述两因素的影响。以浓度为5000μg/mL的苯酚溶液为料液，经膜蒸馏处理可降至50μg/mL。采用CO2气流处理NoOH吸收液，即可得到结晶苯酚。     

真空膜蒸馏法分离乙醇溶液的研究

采用聚偏氟乙烯复合中空纤维膜制作膜组件,制备小型实验装置用来分离从低浓度到高浓度的乙醇溶液,研究探讨了进料温度、料液流速、料液浓度、真空度对膜通量和分离因子的影响.进料温度升高时,膜通量及分离因子均增大.冷侧真空度的增加,通量呈线性增长,但分离因子减小.料液流速对膜通量和分离因子的影响温和.结果表明,真空膜蒸馏适用于浓...     

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。     

热回收式板框膜蒸馏组件的制备及性能研究

制备了一种新型的热回收式板框膜蒸馏组件,该组件主要由疏水性平板微孔膜和中空纤维换热丝构成,并对其负压辅助气隙式膜蒸馏过程进行了研究。重点考察了进料液温度、进料液流量和透过侧真空度等操作参数对膜组件膜通量、造水比及脱盐率等性能的影响。实验结果表明,膜通量随着进料液温度、进料液流量及真空度的升高而增大;造水比随进料温度和真空度的升高而增大,但随进料流量的加大而减小。在进料液温度为95℃、进料液流量为70 L/h、真空度为0.05 MPa时,膜通量和造水比最高可达33.0 kg/(m~2·h)和2.050,而脱盐率始终在99.98%以上,与传统膜蒸馏相比,造水比提高1倍以上,表现出了高通量下较好的热回收效果。     

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。     

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。     

一种低能耗热敏物料干燥装置及其特性模拟

针对目前热风干燥装置能耗较高的问题,通过集成热泵干燥、溶液除湿、膜蒸馏等技术,提出了一种低能耗热敏物料干燥装置-膜蒸馏再生除湿溶液型热泵干燥装置,可比普通电热热风干燥装置降能耗5倍以上;在介绍装置原理的基础上,给出了装置中关键单元的特性方程,对装置性能指标随关键工况参数的变化规律进行了计算模拟;以热敏物料耐温不超过65.0℃为背景,取除湿溶液为LiBr溶液、膜组件为聚丙烯疏水微孔膜制成的气隙式膜组件,得到了一组优化工况参数,此时装置的除湿能耗比R_(SME)可达5.46 kg/(kW·h)。     

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。     

热泵型空气吸湿式膜蒸馏组件再生干燥装置的特性分析

热泵型空气吸湿式膜蒸馏组件再生干燥装置具有再生干燥速度较快、能耗低、无废气排放等特点。在简要介绍其工作原理的基础上,利用其特性方程,对膜蒸馏组件再生干燥速度、空气出加热器温度、出膜组件温度、出冷却器温度、耗电功率随循环空气流量的变化规律进行了计算分析,可为装置的设计和调控提供参考。