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减压膜蒸馏过程模拟及组件优化

童国柱  
【摘要】: 膜蒸馏是20世纪八十年代初新发展起来的一种新型分离技术,是膜分离技术与传统蒸发过程相结合的新型膜分离过程,它与常规蒸馏一样都以气液平衡为基础,依靠蒸发潜热来实现相变。减压膜蒸馏是四种膜蒸馏类型之一,具有膜通量大、分离系数高、设备简单、易于操作等特点,能够被广泛应用于易挥发组分的脱除和海水、苦咸水淡化等领域。研究和应用膜蒸馏技术对实现海水淡化、节能减排以及废水的综合利用具有重要的意义。 本文在课题组前期研究基础上,以结构简易、分布效果良好、加工装配方便为目的,利用CFD技术针对简易错流式膜组件设计了变孔径板式分布器。应用装配所设计分布器的膜组件,以纯水为料液进行了减压式膜蒸馏的实验研究。对减压式膜蒸馏过程的机理进行了探讨,采用计算流体力学通用软件Fluent建立流体计算模型,通过编写UDF(用户自定义函数),在模型中实现了传热传质过程。应用该模型对错流式组件减压膜蒸馏过程进行了数值模拟计算,膜通量计算结果与实验数据具有较好的一致性。在此基础上,研究膜蒸馏过程中组件内各物理量的规律,其中包括过程总通量受各种操作条件的影响、沿料液流向的变化规律以及单根膜丝周围各物理量的分布情况。 依照数值计算得到的各物理量在组件内的变化规律,针对减压膜蒸馏过程的特点,提出了串联组件间热量补充和料液流向转换操作的初步构想,为膜蒸馏的工业化应用提出了一些操作和组件链接方面的建议,为具体物料溶液的膜蒸馏过程研究提供借鉴。 总之,本文对减压式膜蒸馏过程的机理进行了探讨,设计加工了错流式膜蒸馏组件料液预分布器,对进料均匀的减压膜蒸馏组件进行了实验研究,验证了所建立的过程数值计算模型的合理性。为进一步改进组件设计以及优选操作条件提供依据,并为膜蒸馏过程中能量综合利用和降低膜组件污染提出了一些建议。


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