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真空膜蒸馏过程强化及模拟研究

徐夫臣  
【摘要】: 膜蒸馏是膜分离技术的一种,其应用领域也越来越广泛。膜蒸馏技术在海水淡化领域应用中是一种非常有效的分离方法。但长期以来由于膜蒸馏过程渗透通量较低,其研究大部分还处于实验室阶段,工业化程度很低,所以在膜蒸馏过程中采取有效的方法提高渗透通量和制备性能优异的高渗透疏水多孔膜成为研究的重点。 本文利用管式炭膜进行了真空膜蒸馏NaCl水溶液的实验研究,操作方式分别为管程进料和壳程进料时,考察了操作条件如料液温度、流量及渗透侧真空度对渗透通量的影响,结果显示在相同实验条件下,管程进料时的渗透通量均大于壳程进料时,较优的操作方式为管程进料。在此基础之上,进行了膜蒸馏过程强化研究,分别采用加入扰流子和气液两相流技术进行强化实验,与未强化时相比,其渗透通量分别增加了7%-50%和16%-66%。对于两相流操作,还分别考察了料液温度、气体流量、渗透侧真空度及组件放置方式对渗透通量的影响。 在实验基础之上,本文修正了真空膜蒸馏过程的传热传质模型,比较了通量模拟结果和实验结果,并分析了膜蒸馏过程中传热系数及温度极化现象。其次,建立了膜蒸馏强化过程的传递模型。对于加入扰流子的膜蒸馏强化过程,加入扰流子后改变了流体的流动通道,计算了流动通道的当量直径,结合操作参数进行模拟计算;对于两相流操作过程,结合两相流在管内传热系数的计算和膜蒸馏传热传质模型建立两相流膜蒸馏过程模型。之后,分别计算了采取强化措施后料液侧传热系数和温度极化系数,并进行了分析。最后,提出强化系数的概念,分析了该参数的变化,指出膜蒸馏过程中的传质控制步骤是蒸汽分子在膜壁内的传递。


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