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膜蒸馏系统传热传质过程优化实验研究

何铁峰  
【摘要】: 膜蒸馏是一种利用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程,该技术最大的优点在于其可以利用廉价的低品位能源,例如太阳能、地热等;缺点是膜通量较低,因此寻找提高膜通量的方法是实现其工业应用急需解决的问题。 本文以气隙式膜蒸馏为研究对象,以膜蒸馏淡化苦咸水为应用研究背景,为了有效地破坏温度与浓度边界层,增强传热传质效果,获得到较大的传质通量,膜组件采用三向旋转切向入流的供液方式。对膜组件中具有旋转切向入流方式喷嘴的可变结构参数α、δ、β采用正交实验的研究方法,根据喷嘴加工精度以及实际操作条件确定了相关因素水平值,采用设计的方案,以水及盐水为研究工质,就其切向入流结构的不同参数组合分别进行了实验研究。以膜通量为分析因子,通过对各个参数水平对应膜通量平均值大小比较的直观分析,结果表明,以水及盐水为工质,在相同的其它实验工况和不同温差下,使膜通量最大的可变结构参数的最佳参数组合均为α=70°、δ=2mm、β=45°,并且通过追加实验验证了实验结果的正确性;同时通过分析在不同温差下的极差值,确定了对膜通量影响程度最大的参数为β,另外恒定温度调整流量的正交实验及以膜面热侧温度为分析因子的正交实验,均从不同的角度证实了实验结果的正确性。 本文对采用优化后的膜蒸馏系统进行了淡化苦咸水的应用研究。对呼和浩特托克托县地下苦咸水进行了采集和水质分析,应用设计的砂滤系统,首先对其进行了预处理,其次采用优化的膜蒸馏系统进行淡化,实验表明,当热侧进口温度为60℃时,膜通量可达35kg/m2·h左右;对系统的出水水质监测表明,其矿化度为8mg/L、氟化物为0.05mg/L、砷为0.001mg/L,出水水质达到了国家生活饮用水卫生标准。


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