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微孔膜结构参数对其膜蒸馏传质性能的影响研究

王楠  
【摘要】:膜蒸馏(MD)是一种新型的膜分离技术,可用于海水和苦咸水淡化、热敏物质的浓缩及废水处理等诸多方面。准确掌握用于膜蒸馏的多孔疏水膜性能参数,是利用传质模型预测MD过程传质速率的前提。本文以直接接触式膜蒸馏(DCMD)和真空膜蒸馏(VMD)为研究对象,重点考察膜蒸馏用膜的可压缩性及孔径分布对膜蒸馏跨膜传质速率的影响。 以气体在多孔介质中的传递机理为依据,导出了单一气体通过膜孔的传质速率方程。由三种聚四氟乙烯(PTFE)膜的气体渗透实验结果得出了膜结构参数随膜两侧压差的变化规律:随膜两侧压差的增大,膜孔径r减小,而膜孔隙率与其有效厚度的比值ε/τδ是增大的,且其变化幅度随膜厚度的增大而增大。这说明了实验用膜具有一定的可压缩性。 为考察膜孔径分布对膜蒸馏传质速率的影响,针对DCMD和VMD两种膜蒸馏方式,导出了三种预测其传质速率的方程:①按平均孔径预测传质速率;②按孔径服从指数分布规律预测传质速率;③按孔径服从对数正态分布规律预测传质速率。通过求解这些方程,得出了这三种情况下DCMD和VMD跨膜传质速率的预测值。同时,采用实验的方法测定了DCMD和VMD的传质速率。传质速率的模型预测和实测结果表明:对DCMD和VMD两种膜蒸馏方式,按孔径服从指数分布规律预测的传质速率均与实验测定值较为接近,其与按平均孔径预测的传质速率最大偏差对DCMD和VMD而言分别为13%、12%。这一差别代表了孔径分布对MD跨膜传质速率的最大影响。按孔径服从对数正态分布时分别进行了DCMD和VMD跨膜传质速率的预测,与实验测定值的对比结果表明,标准偏差取值分别在1.2-1.4和1.3-1.4之间时,按对数正态分布预测的传质速率也能与实验值较好地吻合。 在气体渗透实验测定膜结构参数的基础上,分别用压差为10kPa和100kPa对应的膜结构参数进行VMD和DCMD传质速率的模拟计算,


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