發(fā)布時間：2020-11-05 11:59

　　 壓力延遲滲透(Pressure retarded osmosis,PRO)技術是一種新型膜分離技術,主要應用于海洋鹽差能發(fā)電過程,該過程仍存在功率密度低和能量利用效率低等瓶頸問題。PRO過程的功率密度不僅受溶液體系的影響,還與過程操作條件密切相關。為了實現PRO過程功率密度最大化,本文構建了包含FO膜濃差極化,反向鹽通量和膜組件內驅動液側壓力損失等影響因素的水通量和功率密度模型。模型選取海水-河水和RO鹵水-河水兩種體系,分別研究操作壓力(△P)、原料液與驅動液流量比(V_F/V_D)和驅動液流量與膜面積比(V_D/S_m)等操作條件對其PRO過程功率密度的影響規(guī)律。并采用商業(yè)化的正滲透膜,在膜的最大耐壓范圍內分別對兩體系PRO過程的水通量和功率密度理模型結果進行了實驗驗證。結果表明:對海水-河水體系而言,當操作條件ΔP為17bar,V_F/V_D為0.8,V_D/S_m為47Lm~(-2)min~(-1)時,功率密度達到5.13Wm~(-2),高于經濟值5.00Wm~(-2)。對RO鹵水-河水體系最優(yōu)操作條件ΔP為29bar,V_F/V_D為1.0,V_D/S_m為47Lm~(-2)min~(-1),此條件下功率密度可達13.61Wm~(-2),遠高于海水-河水體系的功率密度。實驗結果與模型結果間的誤差小于5%,證明了模型的可靠性,為實際PRO過程操作條件選擇提供參考依據�？紤]到溶液體系是PRO過程能量利用效率的重要影響因素之一,本文構建了沿驅動液流動方向單位膜長度上的水通量和吉布斯自由能利用效率兩種模型,重點研究了海水-河水,RO鹵水-河水,死海-廢水和死海-海水四種不同的溶液體系對水通量和吉布斯自由能利用效率的影響規(guī)律。結果表明,當PRO過程膜的工作長度為1米時,以上四種體系單位膜長度的水通量沿驅動液流動方向均逐漸降低,水通量總降幅分別為2.12%,12.01%,20.07%和48.24%。以上四種體系的吉布斯自由能總利用效率沿驅動液流動方向逐漸增加,其分別為10%,15%,32%和42%,但受水通量沿驅動液流動方向逐漸降低的影響,單位膜長度的吉布斯自由能利用效率逐漸降低。通過理論模型探究不同溶液體系的吉布斯自由能利用效率,為實際PRO過程能量利用效率提供參考依據。
【學位單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM61;TQ028.8
【部分圖文】：

表 1-2 總結了 5 種不同來源的海水理論上可提取的最大能量[18]。地球上主要河流包括：亞馬遜河，剛果河，長江，密西西比河，格倫比亞河等，考慮到世界上所有河流匯入海洋的平均排放量，可以估計河水和海水混合時所釋放的能量相當于225 米高的瀑布。表 1-2 不同水源最大提取能[18]Table1-2 Maximum extractable energy from the mixing of fresh waterwith saline water from different sources水源 濃度(molL-1) 理論功率 (kWhm-3)海水 0.6 0.75反滲透鹵水 1.2 1.5大鹽湖 8.3 10.4死海 12.5 14.1

[21]。二十世紀五十年代，Pattle 創(chuàng)新性的提出反電滲析的概念。典型的 RED 工作原理是利用陽離子交換膜（cation-exchangemembranes，CEM）和陰離子交換膜（anion-exchange membrane，AEM）以交替的順序堆疊組裝而形成高鹽度的流動室（HS）和低鹽度的流動室（LS），如圖 1-1 所示。陽離子和陰離子在 HS 室以相應的濃度梯度在相反的方向分別通過 CEM 和 AEM 向 LS 室擴散，在這個過程中通過電極上的氧化還原反應將化學勢能轉化為電能[19]。目前，RED 未實現商業(yè)化的主要因素是缺乏離子交換膜，但隨著全球膜需求量的增長可能會降低生產成本。壓力延遲滲透技術是另外一種鹽差能提取技術，屬于正滲透技術的一種，用于提取膜兩側不同濃度溶液間的能量。壓力延遲滲透過程的功率密度相比于反電滲析相比要高，具有更大的發(fā)展?jié)撡|，因此本文選擇壓力延遲滲透技術作為研究對象[23]。

延遲滲透技術原理及特點遲滲透（Pressure Retarded Osmosis，PRO）技術是一種使不允許溶質分子或離子透過的選擇性半透膜，在膜兩側設利用溶液間的滲透壓差（△π）作為驅動力，水從低濃度的原S）側向高濃度的驅動液（Draw Solution，DS）側滲透，小于滲透壓差的壓力（△P）來延遲水滲透速率的膜分離-2 顯示了三種正滲透過程的工作原理，當△P=0 時，在滲發(fā)的從原料液側擴散到驅動液側的過程為正滲透（Forw7, 28]；當△P<0 時，即在原料液側施加一定壓力，水從原料速率增大，此過程為壓力增強滲透（PressureAssistedOsm當 0<△P<△π 時，由于滲透壓差減小，水依然是從低濃度水的滲透速率減小，此過程即 PRO 過程。滲透過程中選的影響因素，膜性能的好壞直接關系到分離過程的性能。
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本文編號：2871609