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。     

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。     

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).     

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。     

工业循环水膜蒸馏过程中的膜污染控制方法研究

针对膜蒸馏法工业循环水处理过程中的膜通量衰减及污染问题,将鼓气强化及废水的化学处理方法引入到膜蒸馏处理过程中,研究了2者对膜蒸馏过程性能及膜污染的影响。结果表明,利用减压膜蒸馏(VMD)过程直接处理该废水,初始通量为17.6 kg/(m2.h),浓缩至5倍时,通量衰减至8.5 kg/(m2.h);采用鼓气强化减压膜蒸馏(AVMD),初始通量为26.1 kg/(m2.h),浓缩至4.8倍时,通量仍保持在19.8 kg/(m2.h);原水经化学处理后,VMD过程初始通量为19.2 kg/(m2.h),浓缩至5倍时通量为17.7 kg/(m2.h)。膜蒸馏通量衰减及膜面扫描电镜照片均表明,化学处理及鼓气强化方法可有效缓解膜蒸馏过程的膜污染。     

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。     

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。     

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。     

真空膜蒸馏过程膜参数模拟计算

为了研究膜材料对透过通量的影响,文章建立了真空膜蒸馏过程的微观传热传质模型,并利用该模型对文献中的实验数据进行了模拟,得到了比较满意的结果。进而对不同条件下膜的长度、厚度、内径以及曲折因子、传质系数进行了模拟计算,并讨论了不同膜参数对膜透过通量的影响,为真空膜蒸馏过程中膜材料的选取及合理利用提供一定的理论依据。     

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。     

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。     

Heat transfer in the rectangular cross-flow flat-sheet membrane module for vacuum membrane distillation

This paper presents a study of heat transfer coefficients of boundary layers in a laboratory-scale rectangular cross-flow flat-sheet membrane module by using distilled water vacuum membrane distillation (VMD) experiments. Results show that the traditional heat transfer correlations, which are mostly employed in the membrane distillation literature, are not suitably used to predict the heat transfer process in the VMD system for the Reynolds numbers ranging from 300 to 1090. This study formulates a new semi-empirical heat transfer correlation by suggesting Knudsen-viscous mechanism governs the water vapour across the membrane. Compared to the feed flow rate, the feed temperature is the limit to the heat transfer. The heat transfer coefficients are strongly dependent on the physical properties of the feed solution, but less relied on the design of the membrane module.     

合成气一步法制备二甲醚的工艺流程模拟与优化

二甲醚作为燃料的替代品,其生产开发在化学工程领域受到了广泛关注。本文对合成气一步法制备二甲醚过程进行了模拟分析,提出了用水作为吸收剂并采用多效精馏的二甲醚生产新工艺。利用Aspen Plus化工模拟软件对吸收塔进行模拟比较了甲醇和水作为吸收剂的能耗,模拟结果表明,用水吸收较甲醇吸收总热负荷降低23.54％,总冷负荷降低35.97％,更为节能。从节能降耗角度出发,根据不同的分离任务,提出了采用两塔分离甲醇-水及三塔分离甲醇-水的两项工艺改进措施。结果表明,采用两塔分离甲醇-水工艺比原工艺二甲醚产量增加了11.50%,能量消耗无明显变化。进一步采用三塔精馏工艺总冷负荷比原工艺减少45.07％,总热负荷减少19.27%,且二甲醚产量增加11.15％,节能效果显著。