多效膜蒸馏浓缩纯碱溶液的技术研究

【摘要】：纯碱是许多工业的基础原料，其广泛应用于轻工日化、化学工业、食品工业、国防和医药等领域。在当今石化资源日益紧缺的背景下，纯碱生产工艺的高能耗不仅提高了生产成本，也不符合节能减排的环保理念。因此对可以替代多效蒸发技术的节能技术需求十分迫切，而多效膜蒸馏技术正是一项热效率较好的工艺技术，是膜过程和蒸馏技术的有效结合，在生产纯碱的工艺过程中可发挥极大的作用。 由降低设备投资成本的角度出发，本文利用热致相分离法（TIPS）制备聚丙烯中空纤维膜，简述了中空纤维膜的制备过程。通过扫描电子显微镜（SEM）观察膜的外表面和断面结构，同时通过膜的内外径及壁厚、孔隙率、纯水通量、起泡压力与平均孔径等相关性能的测试，得到文中8、9和10号中空纤维膜的样品性能较为优良，能与进口膜的相应性能相当。 本文以纯碱溶液的浓缩为背景，首次将由疏水性聚丙烯中空纤维微孔膜和聚丙烯实壁毛细管构成的多效膜蒸馏组件应用于纯碱溶液的浓缩实验中，提出纯碱溶液在进行多效膜蒸馏前应经过“微滤+超滤+螯合树脂”的预处理步骤，并且提出以造水比和膜通量表征多效膜蒸馏的传热和传质性能。 在将纯碱溶液的浓度由170g/L浓缩到220g/L的实验中，通过考察料液温度、蒸汽温度、流量和料液浓度对多效膜蒸馏过程中造水比和膜通量的影响，得到进口膜组件在料液温度40℃，蒸汽温度95℃，流量20L/h，料液浓度170g/L时，传热和传质性能最优，造水比达到6.38，通量为1.07L·m~(-2)·h~(-1)。同时使用自制膜制备多效膜蒸馏组件，在料液温度30℃，蒸汽温度90℃，流量20L/h的条件下，对浓度为170g/L的纯碱溶液进行浓缩，造水比达到6.92，通量为1.01L·m~(-2)·h~(-1)。这进一步说明自制膜组件与进口膜组件的传热和传质性能相当。 分别由进口膜与自制膜制成的膜组件均表现出了良好的长期运行稳定性，进口膜组件和自制膜组件的清洗周期分别为17天、10天，造水比平均值分别为6.52、6.22，膜通量平均值分别为0.91L·m~(-2)·h~(-1)、0.75L·m~(-2)·h~(-1)。自制膜组件在进行化学清洗后，膜通量和造水比的恢复率均为81.2%。可见，经过化学清洗之后，膜组件能恢复到较好的传质和传热性能。 研究表明，使用多效膜蒸馏的方式对纯碱溶液进行浓缩可以获得较高的造水比与膜通量，与传统的多效蒸发方式相比其热效率大大提高。因此，通过多效膜蒸馏的方式浓缩纯碱溶液来达到节能的效果是可行的。