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多效膜蒸馏过程用于浓缩半挥发性有机酸水溶液的研究

刘苗苗  
【摘要】:膜蒸馏是近几十年发展起来一种新型高效的膜分离技术,由于膜蒸馏具有操作条件温和、截留率高、蒸发面积大、耐腐蚀、能运用低品位热源等优点因而其研究和应用受到人们的关注。但是迄今为止膜蒸馏技术并没有实现其工业化,主要原因在于与传统多效蒸发和多级闪蒸相比,膜蒸馏技术的热效率很低。 受到传统多效蒸发和多级闪蒸过程中蒸发潜热回收的启发,多效操作也被应用于膜蒸馏过程中。因而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。同时,目前浓缩半挥发性有机酸稀溶液的工艺存在着很多不足。因而本论文利用具有高效内部热量回收功能的多效膜蒸馏过程对半挥发性有机酸稀溶液进行实验研究,以探究多效膜蒸馏技术浓缩半挥发性有机酸的可行性及各种操作变量对多效膜蒸馏过程性能的影响。实验过程采用的膜组件为基于空气间隙式膜蒸馏的中空纤维膜组件,采用的模拟溶液有乙醛酸、乙醇酸、乳酸、丙酮酸、丙二酸和戊二酸的水溶液。当以1wt%有机酸为料液进行多效膜蒸馏浓缩实验时,除丙酮酸外,其余的有机酸至少能浓缩15倍。表征多效膜蒸馏过程的性能参数主要有膜渗透通量、造水比和有机酸截留率,本论文通过大量单因素实验考察了热膜侧进口温度、冷进料温度、进料流量和进料浓度对多效膜蒸馏过程性能的影响。实验结果表明:在所有的实验过程中,有机酸截留率都在97%以上而且戊二酸的截留率高于99%;热膜侧进口温度增加时,膜渗透通量和造水比均增加;冷进料温度增加时,膜渗透通量减小而造水比有一定的增加,但与热膜侧进口温度相比,冷进料温度的影响较小;进料流量增加时,膜渗透通量增加,但是造水比急剧下降;进料浓度增加时,水的蒸汽压下降而且料液粘度增大,进而导致膜渗透通量和造水比均减小。实验过程中膜渗透通量、造水比和有机酸截留率最大值分别可以达到4.8L h-1m-2,9.84和99.93%。以4wt%的乳酸为进料液,仍然使用进行过浓缩和单因素实验的旧膜组件进行了持续30天的多效膜蒸馏过程稳定性实验,实验数据表明多效膜蒸馏过程具有很好的稳定性。


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