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多效膜蒸馏过程用于稀硫酸水溶液的深度浓缩研究

李晓君  
【摘要】:膜蒸馏技术是一种将膜技术与蒸馏技术相结合的新型分离技术,其传质推动力为膜两侧之间的温差引起的蒸气压差,其应用十分广泛。但是,与传统多效蒸发或多级闪蒸相比,膜蒸馏过程的能量利用率很低,因而限制了其工业化应用。研究具有能量回收的膜蒸馏过程对于膜蒸馏技术的工业化应用具有十分重要的意义。本论文中在传统气隙式膜蒸馏过程的基础上添加了内部能量回收,并提出多效膜蒸馏的概念。同时,由于工业生产中普遍存在稀硫酸废液,本研究以稀硫酸溶液为料液进行研究,以探讨多效膜蒸馏技术及其应用于稀硫酸溶液浓缩的可行性及各个操作条件对多效膜蒸馏过程的影响,为多效膜蒸馏过程的进一步研究及其在浓缩稀硫酸溶液方面的工业化应用进展奠定了理论及应用方面的必要基础。 本论文在选择合适的中空纤维膜并制备合适的气隙式膜蒸馏组件的基础上继续探讨在传统的气隙式膜蒸馏过程中耦合内部热量回收的可行性。以2wt%的稀硫酸溶液为料液,探讨多效膜蒸馏过程浓缩稀硫酸溶液的可行性。应用中空纤维膜PP150/330制成的膜组件进行多效膜蒸馏过程,在合适的操作条件下,可将稀硫酸溶液浓缩至40wt%以上,且渗透液几乎为纯水,其电导率小于200μm/cm。研究发现,孔隙率高的疏水微孔膜更适用于多效膜蒸馏过程,相对于孔隙率较低的疏水微孔膜,其渗透通量及能量利用率更高。影响多效膜蒸馏过程性能的操作条件主要包括管入口温度、膜入口温度、料液流量及料液入口浓度。以渗透通量和造水比为多效膜蒸馏过程的性能指标。通过单因素实验研究,发现膜入口温度增加,则渗透通量和造水比均增加;管入口温度增加时,渗透通量减小而造水比有一定的增加,但与膜入口温度相比,管入口温度的影响较小;料液流量增加时,渗透通量增加,但是造水比急剧下降;料液浓度增加,水蒸气分压下降而料液粘度增大,进而导致渗透通量和造水比均减小。通过单因素实验结果分析发现,为提高多效膜蒸馏过程的性能,应尽可能的提高膜入口温度,管入口温度和料液流量的选择需要权衡其对渗透通量和造水比的影响。同时,以10wt%的硫酸溶液为料液,利用两个不同膜制成的膜组件进行了持续30天的多效膜蒸馏过程稳定性实验。发现多效膜蒸馏过程具有很好的稳定性,实验过程中几乎无渗漏现象。


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