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《北京化工大学》 2009年
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用于膜蒸馏海水淡化的中空纤维膜组件性能研究

郝高峰  
【摘要】: 膜蒸馏(MD)是一种新型膜分离技术,可用于海水和苦盐水淡化、热敏性物质浓缩等诸多方面。研究用于膜蒸馏过程的组件性能,从而解决它在实际运用存在的相关问题,具有重要的理论和实际意义。本文以用于膜蒸馏的中空纤维膜组件为研究对象,重点研究了封装分率、操作方式、膜面积对组件性能的影响,并对膜组件进行模拟计算,确定了影响组件性能的主要因素。并在此基础上,对膜组件的构型进行了改进,取得了较为理想的效果。 以沟流效应为理论依据,对组件封装分率与跨膜通量之间的关系做了定性分析。通过改变组件有效长度和组件内径的方式制得了一系列膜面积相同而封装分率不同的中空纤维膜组件,通过对比实验发现在相同实验条件下,随着封装分率的提高,流体分布更加趋于均匀,沟流效应降低,跨膜通量增加。也正是由于膜丝的非均匀分布,才使得热料液走管程和走壳程两种操作方式存在一定的差异。对一系列膜面积不同的组件进行了对比实验,发现在相同的实验条件下,组件跨膜通量随膜面积的增加明显下降,而总产量则有所增加。 以努森-分子扩散模型为基础,从理想中空纤维膜组件的数学模型出发,用Voronoi网格法确定了实际组件中的膜丝分布和壳程流体分配原则,并对其进行模拟计算,从理论上验证了膜丝在壳程的非均匀分布对组件性能的影响,并确定了影响组件性能的主要因素。 针对于常规平直式膜组件存在的缺陷,对膜组件的构型进行了改进,研制了缠绕式膜组件和分散网式膜组件,并对其性能进行测试。研究结果表明,缠绕式膜组件和分散网式膜组件可以显著善壳程流体分布和流动状况,减轻沟流和死区现象,强化传质、传热过程。 上述研究结果对制备用于膜蒸馏的大型中空纤维膜组件具有一定的指导意义。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TQ028.8

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