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多效膜蒸馏法高效浓缩尿素水溶液的研究

张莉莉  
【摘要】:本文针对当前化肥厂深度水解解析处理尿素废水方法,从节能减排角度考虑,探索新型高效热回收多效膜蒸馏技术浓缩尿素水溶液。其中以低浓度尿素水溶液为介质进行基础研究,采用天津凯铂能膜工程技术有限公司供应的中空纤维膜组件为主体,依靠外部提供低能级热量及磁力泵为能量,换热器主体材料选用无孔中空纤维管,在常压状态下利用上述装置实现尿素水溶液冷进料模式浓缩该溶液,为工业应用提供实验依据和基础理论指导。 本课题通过造水比(PR)、通量(J)、尿素的脱除率(Ru)等参数对膜组件性能进行评价,分别用膜组件1、膜组件2两种中空纤维膜组件进行实验,并对膜进口温度(T3)、尿素水溶液进料总流量(F)、管进口温度(T1)及进料浓度(Wf)等实验条件进行研究并分析各自对评价参数影响。在长时间操作下完成浓缩和稳定性实验,同时膜进口温度略高涉及到尿素水解问题,利用pH计测量水解产物氨含量以确保尿素高回收率。最后利用Aspen Plus软件模拟计算实际化肥厂尿素水解解吸技术,以蒸汽的形式得到能耗值。 研究结果表明膜进口温度升高促使造水比和通量均变大;进料总流量增大促使膜通量变大,造水比变小;管进口温度升高促使通量变小而造水比增大;进料浓度对分离效果影响较小,但浓度增大时造水比和膜通量略有下降。在所有实验中尿素的脱除率达到99.99%,操作时间达到25小时低浓度尿素水溶液可浓缩到40%,稳定性良好,同时高温膜进口温度对尿素水解量影响甚微,在实验研究中可达到造水比16、膜通量6.8L/(h m2)。对比实验中,膜组件1膜孔隙率相对于膜组件2较大,在膜进口温度和流量变化时引起的造水比、通量均相对较大;另外多效膜蒸馏技术相比深度水解技术耗能较小。


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