收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

膜蒸馏的膜组件性能及动态过程研究

丁忠伟  
【摘要】:膜蒸馏是一种新型的膜分离技术,可用于海水和苦咸水淡化、热敏物质的浓缩等诸多方面。研究用于膜蒸馏过程的膜组件性能,进而解决它在实际应用中存在的相关问题,具有重要的理论和实际意义。本文以研究膜蒸馏跨膜传质过程为起点,重点研究用于膜蒸馏过程的直接接触式平面膜组件、气隙式平面膜组件和中空纤维膜组件的性能,并将研究结果用于考察动态膜蒸馏过程。 以膜蒸馏的跨膜传质过程为对象,分析了气体在多孔介质中的传递机理,由此得到了膜蒸馏系数(MDC)随膜内平均温度的变化关系,发现对于孔径较大的膜,MDC值随温度的升高明显升高,这是Poiseuille流动对跨膜传质有重要贡献的外在表现。三种膜直接接触式膜蒸馏的实验结果证实了上述结论。据此,提出了考虑Poiseuille流动贡献的三参数跨膜传质模型,即KMPT模型。用该模型拟合实验数据,得到了很好的拟合结果。KMPT模型中在后面膜组件的数值模拟研究工作中被用来计算跨膜传质通量。 在用实验方法得出自行设计膜组件传热系数关联式的基础上,又测定了一种膜的KMPT模型参数。这些工作不仅再次验证了KMPT模型的可靠性,同时也为大型膜组件的模型化工作准备好了微元段模型。在上述工作的基础上,建立了直接接触式膜蒸馏(DCMD)多层平面膜组件的数学模型,并对数值模拟结果进行分析和讨论,明确了各种因素对组件通量、产量和最大能量回收率的影响。对大型膜组件所表现出的与小型组件在性能上的差异进行了分析。 对小型气隙式(AGMD)平面膜组件进行了实验研究,重点考察流体流量、温度和气隙厚度对组件通量的影响,发现流量和温度对组件通量的影响程度与DCMD相比相差甚远,而气隙厚度对组件通量的影响非常大。这些结果都可归因于气隙的存在构成了膜蒸馏过程的主要传递阻力。为便于对比,建立了相应的数学模型,对组件通量模拟计算值低于实验测定值的原因进行了分析。在此基础上,建立了多层AGMD平面膜组件的数学模型,数值模拟计算结果表明,AGMD组件对各种影响因素的反应远不如DCMD组件灵敏,通量水平与DCMD相比也有较为明显的差距。但AGMD也具有能使其工艺流程得以简化的两大特点,即直接得到产品和能量自回收。 从理想中空纤维组件的数学模型出发,用数值模拟的方法重点研究了纤维丝内径的多分散性和纤维丝在组件壳程分布的不均匀性对组件性能的影响。发现只要纤维丝内径的标准差不是特别大,其多分散性对组件通量的影响可以忽略不计。对流体沿纵向流过按一定规则排列的管束充分发展层流问题进行了求解,得到了 北京化工大学博士学位论文 摩擦因数一雷诺数因子的计算方法;在此基础上,用Voronoi网格法确定了实际组 件局部封装分率取值的概率,并进而确定了壳程流量分配原则。计算结果表明, 流体在组件壳程的流量分配确会由于纤维丝的随机分布而不能均匀一致,由此而 引起的沟流效应非常严重,组件通量值明显低于理想组件。本着忽略纤维丝内径 的多分散性、充分考虑沟流效应的原则,用数值模拟的方法考察了流体流量、温 度、组件膜面积、组件封装分率等对组件通量和最大能量回收率的影响。 进行了两种类型的动态膜蒸馏实验,即间歇恒温操作和间歇降温操作。间歇 恒温操作实验结果表明,膜蒸馏过程能够在料液浓度接近于饱和的情况下正常进 行,组件通量随料液浓度的上升而下降的幅度令人可以接受。该类间歇操作模拟 计算结果表明,组件通量随料液浓度的升高而下降主要是由于水的蒸汽压随浓度 的升高而下降,低浓度时浓度极化的影响可以忽略;随着浓度的升高,浓度极化 的作用越来越明显。间歇降温操作的通量值明显低于恒温操作,这是料液浓度升 高和温度下降双重作用的结果。建立了以太阳能为热源的动态膜蒸馏系统的数学 模型,利用数学模型的求解结果分析了各种因素对膜蒸馏产量的影响,太阳能接 收面积和系统能量回收率对膜蒸馏产量都有着非常明显的影响作用;而膜蒸馏启 动延迟时间和初始料液量则对最终产量没有什么影响。 上述研究结果可为用于膜蒸馏过程的膜组件及整个膜蒸馏装置的优化设计和 优化操作提供理论依据和指导。 关键词:膜蒸馏;跨膜传质;平面膜组件;中空纤维膜组件;动态膜蒸馏过程


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 高虹;田瑞;杨晓宏;齐晓娟;;空气隙膜蒸馏热腔温度边界层研究[J];膜科学与技术;2011年01期
2 贠延滨,马润宇,A G Fane;膜蒸馏污染研究[J];化工新型材料;2004年11期
3 丁忠伟,刘丽英,刘伟,马润宇,杨祖荣;用于膜蒸馏的大型平面膜组件性能数值模拟研究[J];计算机与应用化学;2005年08期
4 贾晨霞;田瑞;杨晓宏;;旋转切向入流对膜蒸馏通量的影响[J];膜科学与技术;2007年06期
5 阎建民,马润宇;用于膜蒸馏的中空纤维膜组件优化[J];化工学报;2000年06期
6 丁忠伟,陈旭东,马润宇,Fane A G;动态膜蒸馏过程研究[J];北京化工大学学报;2001年02期
7 李凭力,郑峰,任延,王世昌;低温膜蒸馏及其过程模拟[J];化学工程;2000年01期
8 丁忠伟,马润宇,Fane A G;膜蒸馏跨膜传质过程的新模型——TPKPT[J];高校化学工程学报;2001年04期
9 刘光良,黄东涛,朱之墀,朱超;空气间隙式膜蒸馏的传质机理[J];清华大学学报(自然科学版);1999年11期
10 张凤君,李俊锋,粱玉军,吴庸烈;膜蒸馏法处理污水中酚的研究[J];水处理技术;1997年05期
11 李凭力,郑峰,任延,王世昌;膜蒸馏传质强化研究[J];膜科学与技术;1999年02期
12 阎建民,贠延滨,马润宇;膜蒸馏过程中的膜污染研究[J];膜科学与技术;2001年03期
13 贠延滨,刘丽英,马润宇,FaneAG;浓盐溶液的膜蒸馏机理研究[J];高校化学工程学报;2002年04期
14 杜启云,吴立群,刘静波;聚偏氟乙烯中空纤维微孔膜膜蒸馏过程的研究[J];天津纺织工学院学报;1997年02期
15 阎建民,袁其朋,马润宇;气隙式膜蒸馏传递过程的研究[J];高校化学工程学报;2000年02期
16 胡斯宪,刘金生;膜蒸馏法处理含甲醇废水的应用技术[J];国土资源科技管理;2004年04期
17 孔瑛,林晓,吴庸烈,陈捷,徐纪平;等离子体聚合法制备膜蒸馏用疏水微孔复合膜[J];高分子学报;1993年02期
18 郑聚东;用膜蒸馏法浓缩维生素溶液[J];医药工程设计;1995年02期
19 王莅;膜分离技术在食品工业中的应用[J];农牧产品开发;1997年10期
20 刘金生;膜蒸馏法对含甲醇废水的处理实验研究[J];特种油气藏;2003年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 徐国良;樊耀波;于艳;袁栋栋;杨文静;吴光夏;秦升益;徐云;;铸砂板式膜组件研究[A];2010年膜法市政水处理技术研讨会论文集[C];2010年
2 杨晓宏;田瑞;齐晓娟;高虹;;三向旋转喷管形状对膜蒸馏传质强化的数值模拟[A];中国化工学会2011年年会暨第四届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛论文集[C];2011年
3 吴庸烈;;膜蒸馏技术及其应用进展[A];中国膜科学与技术报告会论文集[C];2003年
4 陈华艳;赵晶;吕晓龙;;气扫式膜蒸馏传递机理研究[A];第三届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2007年
5 吴刚;武春瑞;吕晓龙;;聚偏氟乙烯中空纤维膜蒸馏性能初步研究[A];第三届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2007年
6 齐晓娟;田瑞;杨晓宏;李嵩;;旋转切向入流膜蒸馏装置热容腔CFD的数值模拟[A];膜分离技术在石油和化工行业中应用研讨会论文集[C];2006年
7 吴莉莉;李昕;赵之平;;超声波强化膜蒸馏研究进展[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集(上)[C];2009年
8 陶长元;刘作华;杜军;刘仁龙;曹渊;李泽全;;超声波在膜蒸馏技术处理废水中的应用(英文)[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年
9 李传润;徐铜文;张旭;;卷式扩散渗析膜组件的设计和制作及废酸回收性能[A];第三届膜分离技术在冶金工业中应用研讨会论文集[C];2009年
10 冯春生;李国民;吴庸烈;;应用于膜蒸馏过程的F2.6微孔膜的初步研究[A];中国膜科学与技术报告会论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 丁忠伟;膜蒸馏的膜组件性能及动态过程研究[D];北京化工大学;2001年
2 阎建民;膜蒸馏的传递机理及膜组件优化研究[D];北京化工大学;2000年
3 王宏涛;错流式减压膜蒸馏过程分析及组件放大特性研究[D];天津大学;2012年
4 陈冰冰;中空纤维膜组件膜蒸馏过程的数值模拟研究[D];浙江工业大学;2010年
5 贠延滨;聚偏氟乙烯疏水微孔膜的研制及膜蒸馏机理研究[D];北京化工大学;2002年
6 张永波;苦咸水淡化用聚偏氟乙烯微孔蒸馏膜的研制[D];天津工业大学;2002年
7 卢彦越;反渗透膜法海水淡化过程最优化设计的研究[D];中国海洋大学;2007年
8 田瑞;高通量空气隙膜蒸馏系统的机理及应用研究[D];内蒙古工业大学;2008年
9 王捷;浸没式膜—生物反应器运行工况及系统设计的优化研究[D];天津大学;2007年
10 王许云;PVDF疏水膜制备及膜蒸馏集成技术研究[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 贾立庄;新型并接式膜组件的设计及实验研究[D];内蒙古工业大学;2010年
2 黄卉;多效膜蒸馏浓缩纯碱溶液的技术研究[D];天津大学;2012年
3 童国柱;减压膜蒸馏过程模拟及组件优化[D];天津大学;2010年
4 李晓君;多效膜蒸馏过程用于稀硫酸水溶液的深度浓缩研究[D];天津大学;2012年
5 吴霞;膜蒸馏过程中的膜润湿现象研究[D];北京化工大学;2012年
6 刘纪成;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[D];北京化工大学;2011年
7 邵会生;CFD在气隙式炭膜膜蒸馏过程中的应用研究[D];大连理工大学;2012年
8 刘苗苗;多效膜蒸馏过程用于浓缩半挥发性有机酸水溶液的研究[D];天津大学;2012年
9 刘荣玲;多效膜蒸馏过程用于深度浓缩稀盐酸水溶液的研究[D];天津大学;2012年
10 张莉莉;多效膜蒸馏法高效浓缩尿素水溶液的研究[D];天津大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 唐亚楠;节能减排任重道远[N];中国信息报;2009年
2 吴骏;我市一项目通过中科院专家组验收[N];宜兴日报;2010年
3 本报记者 金勇;“决不让一名员工下岗”[N];中国妇女报;2009年
4 本报记者 李宏乾;自主膜技术:挑战传统分离极限[N];中国化工报;2010年
5 本报记者  马艳红;膜技术在医药工业中“绽放”[N];中国医药报;2006年
6 本报记者 王庆;膜时代民族品牌的引领者[N];中国建设报;2011年
7 刘洋 唐亚楠;实用装置蕴藏巨大商机[N];中国信息报;2009年
8 王艳;MBR技术在小区中水回用中的应用[N];中国建设报;2003年
9 本报记者 孙瑞华;国产PVDF膜亏在工程技术上[N];中国化工报;2005年
10 马薇 马建成 庾康;宜兴农村治污用上“膜”技术[N];新华日报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978