膜蒸馏与渗透蒸馏的耦合用于分离酸洗废水中HCl的传质性能研究

【摘要】：膜蒸馏是以温差引起的蒸气压梯度为传质推动力的新型膜分离技术；渗透蒸馏又称等温膜蒸馏,是在膜两侧温度相同的情况下,以膜两侧的浓度差引起的蒸气压梯度为传质推动力的膜过程,膜蒸馏和渗透蒸馏均可用于分离浓缩水溶液及其中的挥发性物质。本文分别研究了膜蒸馏和渗透蒸馏分离水中HCl的传质性能,膜蒸馏与渗透蒸馏相结合过程中的HCl和H20的传质性能以及抑制水传递的因素。 对于膜蒸馏过程,建立了计算总传质系数和选择性分离系数的数学模型,并考察了温度、流速、封装分率等对传质过程的影响。结果表明：提高料液入口温度,HCl的摩尔通量和总传质系数均增大,但选择性分离系数减小；提高膜两侧流速均能够削弱温度极化和浓度极化现象,但料液侧流速对传质的影响更为显著；对于中空纤维膜组件,提高封装分率能够改善壳程流道内流体分布,减弱沟流效应对传质的影响,提高HCl的摩尔通量。 渗透蒸馏用于HCl的分离是可行的,但与膜蒸馏过程相比,其跨膜传质速率相对较小。通过对PTFE、PVDF和PP等疏水性微孔膜的电镜照片进行分析表明：上述疏水性膜材料具有很好的耐强酸(碱)、抗腐蚀性能,结构性质稳定。随着运行时间的推移,总传质系数增大和选择性分离系数均变化不大。 对于膜蒸馏与渗透蒸馏结合过程,同时考虑温差和浓度差对传质过程的影响。结果表明：料液中含有氯盐时,同离子效应及盐析效应能够增大氯离子的活度系数,HCl的相对挥发度提高,HCl摩尔通量增大,离子的水化作用降低了“自由水”的浓度,水的活度减小,从而水蒸气跨膜通量减小,抑制了水蒸气的传质；料液中盐酸起始浓度的提高能够增大HCl的摩尔通量,同时对水蒸气的传质有抑制；料液中硫酸的存在时,总传质系数、选择性分离系数以及HCl的摩尔通量均增大,水蒸气的跨膜通量减小。