半导体制冷的膜蒸馏组件设计及可行性实验分析

膜蒸馏组件进行浓缩和提纯需提供冷、热温差,设计了采用半导体制冷的膜蒸馏组件冷腔,构成了一种新型的空气隙膜蒸馏组件.半导体组件冷腔热端采用肋片箱体式水冷散热,在一定流量下,测试了热电堆为3片、6片、8片及9片,电压为4～9 V时冷腔表面及热端散热水域温度等制冷性能.结果表明:当输入电压一定时,半导体片数越多,制冷表面温度越低,9片9V时,温度已达到零下,为-6.1℃;6片热电片,电压5～7 V时制冷表面温度可维持6.5～8.3℃,低于10℃,且消耗的功率较小,满足膜蒸馏所需冷端要求.实验工作为研究半导体制冷组件在太阳能膜蒸馏装置的工程应用奠定了一定基础.     

新型膜蒸馏组件中半导体制冷性能试验研究

提出一种具有半导体制冷的新型膜蒸馏组件,基于半导体制冷原理,选择最佳散热方式——水冷散热,试验研究在同种条件下静态和扰动水域的变化对半导体制冷组件性能的影响。研究结果表明：散热水域的温度以及搅动对其制冷性能影响较大,半导体制冷组件在一定工况运行时,制冷表面温度稳定,保持在-3.2℃,可以满足膜蒸馏进行所需的冷端条件,证明半导体制冷组件可以与膜蒸馏过程耦合,为半导体制冷组件在膜蒸馏试验中的应用提供试验依据。     

真空膜蒸馏过程CFD模拟及膜组件设计

利用计算流体力学模拟软件对真空膜蒸馏过程进行模拟计算.通过自行编写UDF对实验结果进行验证,模拟结果表明,在不同进料温度、进料流量以及渗透侧真空度的影响下,模拟值与实验值均高度吻合,编写的UDF可用于膜组件放大化模拟.对平板真空膜蒸馏组件进行放大设计后模拟发现,当有效过滤面积为0.25 m~2时,平板膜组件最佳长宽比为1∶2,组件内通道高度为7.5 mm,此时渗透通量为6.08 kg/(m~2·h);通过在组件内部增加隔板以加快料液互相渗透,模拟结果表明,隔板最佳高度为3 mm,隔板间距为40 mm,优化后的膜组件渗透通量达到了6.53 kg/(m~2·h),相比初始膜组件提高了10.3%.     

空气隙膜组件与半导体制冷的耦合设计与研究

以新型气隙式膜蒸馏冷腔为研究对象,拟寻求合适的制冷源来代替大型、高耗能的制冷机.对新型空气隙膜组件与半导体制冷片的匹配理论进行了研究,并且做了耦合设计.实验采用空气强制对流散冷和循环水浴散热的方式,测试分析在特定条件下半导体冷端温度的变化规律,探求适合于空气隙膜蒸馏冷腔的片数及运行工况.研究结果表明,半导体制冷片不但响应时间迅速,而且长时间运行稳定性好.散热循环水浴流量对半导体冷端的温度影响很大.在风机风量600m3/h,室温22℃,散热循环水浴流量700L/h,水温20℃的条件下,输入电流I=20A时,半导体冷端温度是8.86℃,制冷量是112.83 W,在膜面积为0.010 4m2时,可以达到膜蒸馏冷腔所需的温度条件.可以作为优化新型气隙式膜组件冷腔的首选方案.     

半导体制冷应用于新型膜组件冷腔的试验研究

以新型气隙式膜蒸馏冷腔为研究对象,拟寻求合适的制冷源来代替大型、高耗能的制冷机。实验采用大空间空气强制对流散冷和循环水浴散热的方式,测试分析在特定条件下半导体冷端温度的变化规律,探求适合于空气隙膜蒸馏冷腔的片数及运行工况。研究结果表明,散热循环水浴流量和温度对半导体冷端的温度影响很大,环境温度的变化对半导体冷端温度也有一定的影响。同时并且适合于长时间运行,制冷迅速,稳定性好。在风机风量每小时60立方米,室温24℃,散热循环水浴流量每小时700升,温度20℃的条件下,半导体冷端温度是9.7℃,可以达到膜蒸馏冷腔所需的温度条件。可以作为优化气新型隙式膜组件冷腔的首选方案。     

PVDF螺旋卷式膜组件制备及真空膜蒸馏性能研究

真空膜蒸馏工艺作为一种具有良好应用前景的膜蒸馏操作方式得到了广泛的研究.当前常用于真空膜蒸馏研究的膜组件包括平板式、管式和中空纤维式.尝试制备了一种用于真空膜蒸馏的螺旋卷式膜组件,通过试验对自制组件的性能进行了研究,证实了卷式膜组件真空膜蒸馏操作的可行性.在真空度为-0.092 MPa,温度为67.7℃的操作条件下,得到了10.43 kg/(m2·h)的通量.通过试验比较了所制备卷式膜的通量与膜材料本底通量的差别,并对所存在的问题进行了分析.     

中空纤维式减压膜蒸馏组件的温度压力分布及通量特性研究

为了研究减压膜蒸馏过程中膜管内的温度，压力分布及传质通量特性，分别建立膜蒸馏过程的传热，传质数学模型，对其中的温度，压力分布和蒸馏量进行了理论分析和数值模拟，推导了计算膜蒸馏通量的新方法－－对数平均压差法，并分别比较了对数平均压差法和算术平均压差法计算通量的特点。结果表明，采用对数平均压差法计算总蒸馏通量，其误差在1．2％以内，当膜管进，出口内外压差之比△p‘／△p“≤1．6时，采用算术平均压差法来计算通量可将误差控制在＋2％内，而当△p‘／△p“较大时，不能采用算术平均压差法计算膜管内外平均压差及蒸馏通量。     

管式气隙膜蒸馏组件结构设计及性能研究

首先以气隙式膜蒸馏为模型,对传质过程的中间气隙层、冷凝管材质及表面积、料液进出口方式等进行研究,提出了一种新型的管式膜蒸馏方式——膜接触式膜蒸馏(M-DCMD);然后配制了1 moL/L的KCl作为模拟料液进行M-DCMD、气隙式(AGMD)、直接接触式(DCMD)膜蒸馏的浓缩循环过程、膜污染以及膜润湿情况的对比研究.研究结果表明,在65℃的操作条件下,消除气隙层使膜通量增加了59.8%;不锈钢冷凝管[导热系数17 W/(m·K)]和铜质冷凝管[导热系数386.4 W/(m·K)]相比PVC冷凝管,膜蒸馏通量分别增加了55%和56%,即膜通量受冷凝管材料的影响显著;冷凝表面积与膜有效工作面积比例从1∶1.77增加至1∶1.24时,膜通量提升了34.3%;在同等条件下脱盐处理时,M-DCMD的抗污染性、抗润湿性等综合性能显著优于AGMD及DCMD.     

用于膜蒸馏苦咸水淡化的PTFE疏水膜实验研究

利用目前国内生产的PTFE疏水膜,以自来水、盐水溶液作工质进行了多层并接气隙式膜蒸馏实验,比较了几种膜的分离性能,研究了料液温度、料液流量、浓度对膜渗透通量的影响,各种膜的通量稳定性及污染情况.实验结果表明:4#膜在长期自来水、盐水实验中通量、电导率都较稳定,特别是在后期实验中,通量最大;而孔径大、涂层薄的1#膜在前期实验中通量较大,而随运行时间增长,通量有所下降,特别是盐水实验中,截留率低,电导率高,因此不适合淡化苦咸水用,综合来看4#膜性能较好.实验后各种膜表面的污染情况较严重,都有黄色沉积物.     

热电制冷在空气隙膜蒸馏系统中的应用研究

设计了一种采用热电制冷的并接式空气隙膜蒸馏系统,以热电制冷替代机械式制冷为膜蒸馏过程提供冷量。通过对膜蒸馏过程与热电制冷的匹配研究,给出了最佳匹配工况的基本要求。制作了具有水冷散热热电制冷的膜蒸馏冷腔,对单片热电制冷器采用风冷散冷的制冷性能进行研究,结果表明：一定热端散热强度下,热电制冷膜蒸馏冷腔的冷面温度可满足膜蒸馏运行;当热端循环水进口温度为20℃、流量为100L/h、风机风量为660m3/h、热电制冷器工作电流为5.5A时,热电制冷量为87.1W,制冷效率为1.3,二者均为最大值,且预测相应理论蒸馏通量为40kg/（m2?h）。研究结果为小型太阳能热电制冷空气隙膜蒸馏系统的理论研究和实际应用奠定了基础。     

膜蒸馏研究的新进展

对９０年代以来膜蒸馏工艺过程的影响因素、过程机理以及膜蒸馏用膜材料及膜结构几方面的研究和进展进行了综述。在此基础上提出了模蒸馏的研究方向。     

热电制冷膜蒸馏性能及数值模拟分析

为提高膜蒸馏传质过程效率,在新型热电制冷平板式膜蒸馏组件的基础上,对新型半导体冷腔的制冷性能进行分析,通过对具有不同旋向结构参数的热容腔数值模拟计算,获得2mm小空间膜热容腔近膜面处的流场和温度场,比较分析不同边界层涡量值和温度梯度,数值计算结果表明:具有开槽宽度3 mm,角度60.的分水盘的涡量值为0.088 (1/s),温度梯度0.02℃/mm,该结构削弱了膜面处边界层的温度极化和浓度极化,为研究提高膜蒸馏传质通量方法的物理机制奠定了基础.     

基于真空膜蒸馏的空调除湿溶液再生实验研究

为解决传统填料塔式溶液再生方法热效率低、受环境影响大、存在飘液等问题,本文提出一种基于真空膜蒸馏的溶液再生方法.通过实验和模拟研究了溶液温度、流速、质量分数以及系统真空度对膜通量、热效率、跨膜传质系数、截留率的影响.结果表明:膜通量随溶液温度、流速、系统真空度的升高而增加,随溶液质量分数的升高而急剧下降,膜通量实验值与...     

膜蒸馏法浓缩乙二醛水溶液

对膜蒸馏法浓缩乙二醛水溶液的可行性及工艺过程特性进行了研究．根据传热传质机理对实验结果进行了分析和讨论．乙二醛水溶液对聚四氟乙烯膜的疏水性没有影响；质量分数40％的乙二醛水溶液膜通量为同实验条件下纯水料液膜通量的64％．导致乙二醛水溶液膜通量下降的主要原因是料液黏度增大和蒸汽压下降．     

新型多层并接式膜组件的设计研究

结合课题组前几代膜蒸馏的研究成果,在课题组发明的旋转切向入流膜组件的基础上设计了一种新型、大型、带有分水盘的并接式空气隙膜组件.该组件构造精巧新颖,多层并联运行.这种设计有着结构更加紧凑、加工方便、应用范围也更加广泛,而且还增大了膜面积、提高了产水量等特点.此外,该组件可以与西部地区丰富的太阳能资源结合起来,为解决当地...     

太阳能半导体制冷的实验研究与数值分析

建立了以水为热交换媒介的太阳能光伏半导体制冷模块实验系统.制冷装置模块化,用以适应制冷功率变化较大的不同空间布局,通过太阳能光电半导体制冷实验获得了不同工作状态下电流、制冷量、制冷系数等重要参数,该参数可为确定系统最佳工作区域提供可靠依据.给出了太阳能热电制冷系统组合方案,介绍了一种新型组合式半导体制冷器和半导体热电发电装置,其数值计算的结构参数、最大制冷系数和制冷率等重要参数以及热电器件最佳工作区域和结构参数的最优范围,可为系统优化设计的配置提供理论上的指导.     

用减压膜蒸馏淡化罗布泊地下苦咸水

考察了减压膜蒸馏过程淡化高浓度盐溶液过程中温度、浓度、真空度对膜通量的影响,结果表明:膜的渗透通量与温度的倒数呈指数关系,高真空度下膜的通量与膜两侧水蒸气分压平方根的差呈直线关系,这种直线关系说明了水蒸气在膜孔内的传质过程是以扩散为主;当盐溶液浓度达到一定量时,浓度的增大对膜通量的影响较小.将减压膜蒸馏应用于新疆罗布泊地区地下苦咸水的淡化处理,可获得馏出液电导率均小于10μS/cm的较好效果.     

能量回收式膜蒸馏组件的设计和性能

针对膜蒸馏过程热效率低、耗能高的问题,设计了新型能量回收式膜蒸馏组件,其特点是膜蒸馏组件由中空纤维膜、换热管和隔网组成,通过换热管回收膜蒸馏过程的能量,通过隔网将中空纤维膜和换热管隔开,减少了膜蒸馏过程中热传导传递的热量,采用新型能量回收式膜蒸馏组件对质量分数3.0%的氯化钠溶液进行浓缩实验,考察膜管比例、组件长度以及空气隙宽度对膜蒸馏过程膜通量、造水比和热效率影响.实验结果表明,在原料液进料温度T1为40.0℃,T3为90.0℃,流量为10.0L/h,气隙间隙为0.5mm,换热管根数Nd/中空纤维膜根数Nm为2∶1时,膜通量为3.1kg/(m2·h),造水比为4.3,热效率为85%.     

半导体热电制冷去湿的实验与研究

对半导体热电制冷去湿的工作状态、冷热端自然对流与强迫近对流的影响等进行了实验和研究分析。对化吸湿剂也同时同条件作了对比实验。