吸收膜蒸馏的传热传质过程

由于吸收膜蒸馏系统的进料液和吸收液的温度非常接近甚至相同,其传热过程无相变热损失,有可能实现能耗较低的膜蒸馏过程,本文尝试开展吸收膜蒸馏法海水淡化研究。首先分别以葡萄糖水溶液和氯化钙水溶液为吸收液进行吸收膜蒸馏海水淡化实验,结果表明氯化钙吸收液时的膜通量明显高于葡萄糖吸收液时的膜通量。其次建立了吸收膜蒸馏过程的质量和热量传递模型,并对模型进行了计算,模型计算值与实验值非常接近。最后对葡萄糖水溶液和氯化钙水溶液分别作吸收液时对传质系数和极化现象的影响进行了计算分析,结果显示,氯化钙水溶液作吸收液时传质系数约为葡萄糖水溶液的1.7倍;且极化现象造成的蒸气压力差减小的值为后者的1/4左右。     

吸收膜蒸馏淡化海水研究

针对吸收膜蒸馏(OD)系统的进料液和吸收液的温度非常接近甚至相同,其传质过程无相变热损失,有可能实现能耗较低的膜蒸馏过程这一设想,尝试开展OD法海水淡化研究。以葡萄糖水溶液为吸收液,考察了温度、料液及吸收液流速、吸收液含量等参数对OD过程的影响。结果表明,随温度的升高,膜通量增大明显;随吸收液和料液流速的增大,膜通量增大,且料液浓缩倍数较小、含量较低时,吸收液流速相对料液流速,对通量的影响更大,反之,料液浓缩倍数较大、含量较高时,料液流速的影响更大;随着吸收液含量的增大,膜通量也相应增大。试验过程中未发生疏水膜的亲水化渗漏现象。     

焦耳效应强化气隙式膜蒸馏脱盐过程的实验研究

以膜蒸馏海水淡化为背景,通过对自制导电炭膜通入直流电产生焦耳效应,开展焦耳效应强化膜蒸馏氯化钠水溶液脱盐过程实验研究。结果表明,制备的煤基炭膜在100℃内具有良好的结构稳定性;在实验范围内,炭膜对氯化钠的截留率在99.96%以上;焦耳效应对膜蒸馏渗透通量的提高率最高可达60%,且低温时焦耳效应对膜蒸馏的强化效果更好、电转换效率更高;引入的焦耳热除用于水分汽化外,还可提高料液温度、改善温度极化、增加传质推动力;焦耳效应同时对膜蒸馏过程传质系数产生影响,在进料温度为50~80℃时,受努森扩散和分子扩散影响,电流为1A时传质系数值将减小,电流为3A和5A时传质系数值将增大;膜蒸馏过程引入焦耳效应不会产生氧化还原反应和额外膜结垢;在炭膜中引入电流不会破坏炭膜及其表面PDMS层的结构。本文研究内容丰富了膜蒸馏海水淡化过程的强化方法,也可为焦耳效应影响膜蒸馏过程的模拟研究及工业应用提供依据。     

液/液膜吸收法处理氨氮废水过程中渗透蒸馏的抑制

对用液／液膜吸收法处理水中氨氮过程中,伴生的水渗透蒸馏的抑制方法进行了研究．结果表明：料液中氨氮浓度高,其水的渗透蒸馏通量小;料液中含有一定的盐分,可抑制水的渗透蒸馏;适当降低料液温度,提高吸收液温度,对抑制料液水的渗透蒸馏有一定作用,其过程对传质系数影响不大。液／液膜吸收法处理含有一定盐分的,具有高浓度氨氮的废水,是可行的,具有广泛的工业应用价值。     

通气强化气隙式膜蒸馏质量传递数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)方法对通气强化气隙式膜蒸馏(AGMD)过程进行了数值模拟,并探讨了强化过程的传质机理。利用FLUENT软件结合流体体积函数(VOF)模型,以通气强化过程膜管内的气液两相流体为研究对象,设定氯化钠溶液为分离介质,氮气为强化介质进行模型建立与模拟分析。结果表明:渗透通量模拟数据与实验数据基本吻合;通气可增大渗透通量(J)与传质系数(k),降低浓度极化率(CPC),有利于膜蒸馏过程;浓度分布模拟结果可用于预测局部浓度极化程度;由拟合出的通气强化过程传质系数关联式的形式,可知过渡扩散-泊肃叶流传质机理比过渡扩散传质机理更接近于通气强化膜蒸馏真实传质过程。基于气体在多孔介质中的传质理论,通过合理建模并设定模拟参数,可研究通气强化传质过程的影响因素(文中为气含率)对强化效果的影响,该方法也可推广应用于研究多影响因素的膜蒸馏强化传质过程。     

浓水溶液的膜蒸馏行为：Ⅰ浓度对通量的影响及膜蒸馏—结晶现象

膜蒸馏过程与其他膜过程相比,一个很突出的优点是这一膜过程可以处理极高浓度的水溶液。本文以葡萄糖和氯化钠水溶液为蒸馏对象,讨论了浓度对蒸馏通量的影响。由于葡萄糖是不易结晶物质,当达到饱和状态时溶液过于粘稠,使蒸馏过程不能进行,氯化钠容易结晶,当达到饱和状态时会出现膜蒸馏—结晶现象,伴随膜蒸馏的进行不断析出氯化钠晶体,使采用膜技术直接从溶液中分离出结晶产物成为可能。     

中空纤维致密膜基吸收CO2传质机理分析

研究了硅橡胶/聚砜中空纤维致密膜基吸收CO2的传质机理,考察了吸收剂种类(NaOH、MEA、DEA、TEA)、NaOH浓度、吸收剂流速、吸收剂压力和气相压力对CO2传质系数的影响,并采用数学模型对实验结果进行了分析.其中,用2×103 mol·m-3NaOH溶液作吸收剂时,聚合物膜传质为控制步骤,总传质系数与CO2在膜中的传质系数相近,且实验过程中无漏液、鼓泡等现象发生.     

减压膜蒸馏传热传质过程

对减压膜蒸馏传热传质机理进行了研究,在已有理论模型的基础上,考虑温度极化和浓差极化的影响,引入减压膜蒸馏传热传质理论模型,并对模型进行了计算,结果表明:随温度的升高,传质系数Km升高,温度极化系数TPC减小,浓差极化系数CPC增大,通量呈近指数倍增加;随流速的增加.TPC增大,膜表面传热系数hf增大,CPC略有降低,K...     

真空膜蒸馏海水淡化过程的强化研究

采用气液两相流技术对管状炭膜真空膜蒸馏模拟海水淡化过程进行强化研究。纯水物系和NaC l水溶液的气液两相流强化实验中,相比未通气体时通量分别增加了29%~35%和16%~66%。气体流量、渗透侧真空度和膜组件放置方式对两相流膜蒸馏过程通量的影响结果表明:气液体积流量之比在(1~2)∶1时两相流强化效果最佳;通量随着渗透侧真空度的增大而增大,且气液两相流操作在较小真空度时通量增加的幅度大于较大真空度时;膜组件的放置方式对通量影响较大,相对于水平放置时,膜管竖直放置时的通量较大,最大可达水平放置时的131%左右。     

酸性气体膜吸收过程中浓差极化

用聚丙烯中空纤维膜吸收器，针对酸性气体膜吸收传质过程，根据浓差极化时存在局部高浓度区的特点，分别进行了SO2/空气混合气和CO2/空气混合气中酸性气体的选择性吸收实验. 实验测定了SO2和CO2两种不同酸性气体在不同浓度吸收液及不同液速下的总传质系数，比较了两种酸性气体在液相侧的传质特性，根据两组份间化学反应机理的不同，分析了浓差极化对膜吸收过程的影响.     

膜蒸馏技术研究及应用进展

膜蒸馏作为一种新型分离技术,具有操作温度低、设备简单、脱盐率高等特点,在海水淡化、苦咸水脱盐、果汁浓缩等过程具有良好的应用前景。本文简述了膜蒸馏的工作原理、特点和膜材料的制备方法,指出当前膜材料的研究方向。综述了直接接触式、气隙式、真空式和气扫式4种基本膜蒸馏形式和几种改进的膜蒸馏形式的传热传质原理、研究现状和发展方向。重点介绍了可再生能源以及工业低温余热驱动膜蒸馏的技术特点、研究现状和应用,包括太阳能光伏/光热驱动膜蒸馏技术、太阳能热泵耦合驱动膜蒸馏技术、太阳池膜蒸馏技术、地热能梯级利用驱动膜蒸馏技术和低温余热驱动膜蒸馏技术等,并指出其发展方向。最后,探讨了膜蒸馏技术亟待研究和解决的问题,为该技术的进一步发展提供参考。     

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。     

真空膜蒸馏海水淡化技术研究进展分析

真空膜蒸馏海水淡化运行压力低、截留率高、设备简单,可充分利用舰船动力系统冷却海水余热,有望用于新型舰船海水淡化装置研制。文中总结了真空膜蒸馏海水淡化主要特征、过程机理,分析真空膜蒸馏海水淡化过程的影响因素:膜疏水性与结构参数、海水温度与流速、操作真空度及膜污染,并在此基础上展望膜蒸馏海水淡化技术的未来研究方向。     

固体颗粒对流化床多相蒸发海水淡化操作浓缩比及膜传热系数的影响

提高海水淡化操作浓缩比,不仅可以提高造水比,还可以有效降低淡化后浓海水再利用的后处理成本,故其是实现低成本零排放的关键之一。在一套循环流化床多相蒸发海水淡化实验装置上,分别采用汽-液两相及汽-液-固三相操作,考察固体颗粒对海水淡化操作浓缩比及膜传热系数的影响,并分析垢层的主要成分。实验表明：高温下CaSO4首先析出,是形成垢层的主要成分;采取汽-液两相操作,膜传热系数保持在1.75 kW·m-2·K-1左右,操作浓缩比可达到3.8左右;采取汽-液-固三相操作,固体颗粒强化传热和防除垢的作用显著,加入颗粒体积分数为4%时,在膜传热系数保持在2.3 kW·m-2·K-1左右不降低的情况下,海水淡化操作浓缩比达到5.8以上。     

低温膜蒸馏及其过程模拟

采用聚丙烯中空纤维膜对纯水介质膜蒸馏、冷侧盐水循环有温差膜蒸馏及等温渗透膜蒸馏进行了实验研究,建立了描述膜蒸馏过程的传质及传热数学模型,以实验数据为基础对模型中的参数进行了回归并对数学模型进行了计算机数值求解,计算结果与实验数据吻合较好     

Understanding and enhancing the direct contact membrane distillation performance by modified heat transfer correlation

The sensitivity of direct contact membrane distillation to feed temperatures and feed flow rate is investigated experimentally. At very low flow rates, the process becomes heat transfer limited where the thermal energy of the aqueous feed solution is lost by the conduction resistance minimizing the distillate production. At high flow rates, the film heat transfer coefficient for both liquid solutions increases, creating a larger temperature difference across the membrane boundaries. Hence, the mass fluxes increase linearly with the water flow rate. These findings are also assessed by simulating the heat and mass transfer equations that describe the membrane distillation (MD) thermo-physical operation. It is found that the underlying physics of the MD module must faithfully capture and explain the true process behaviour. Hence, a modified correlation for the Nusselt number is developed and tested.     

减压膜蒸馏过程纤维膜表面热质传递特征模拟分析

采用CFD数值模拟的方法,建立了错流式单根中空纤维减压膜蒸馏过程的三维计算模型,对纤维膜表面不同位置的局部热量和质量传递特征进行了研究。研究结果表明,纤维膜表面的速度分布、温度分布、对流传热系数分布以及蒸发速率均随着位置的改变而改变,且具有相似的规律,在相位角60°到90°之间有最大值,而在相位角0°和180°附近其值较小;料液流速显著影响纤维膜表面的热质传递参数的分布,蒸发速率和传热系数均随着流速的提高而增大;传热系数随着真空度的提高而迅速降低。本研究结果加深了对中空纤维减压膜蒸馏过程的认识,对膜过程强化具有指导意义。     

海水纳滤预处理的优化研究

纳滤已被广泛研究用于反渗透和膜蒸馏海水淡化的预处理,它能有效避免反渗透膜和膜蒸馏装置的结垢污染,但纳滤膜同样存在结垢污染问题。通过配制人工海水及人工脱硬海水等海水体系研究了硬度离子对纳滤膜无机污染的影响,并通过接触角、SEM、EDX等表征方法研究了膜面污染物的主要成分及其对膜性能的影响。结果表明,钙离子是造成纳滤膜无机污染的主要硬度离子,脱硬或脱钙处理能有效避免海水淡化过程中纳滤预处理阶段的无机结垢问题。     

膜蒸馏海水淡化研究进展及发展趋势

海水淡化是解决我国水资源短缺的重要措施之一。膜蒸馏海水淡化技术可以充分利用太阳能等低品位热源，具有成本低、设备简单、操作容易、能耗低等优点，在海水及苦咸水淡化方面应用前景广阔。