本文關(guān)鍵詞： 直接接觸式膜蒸餾(DCMD) 真空膜蒸餾(VMD) 響應(yīng)面法(RSM) 數(shù)值模擬 PTFE平板膜　出處：《江蘇大學(xué)》2017年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：膜蒸餾是將熱法和膜法結(jié)合起來(lái)的分離技術(shù),最早用以海水淡化,同其他海水淡化技術(shù)相比(比如RO)膜蒸餾具有可在低壓下操作,可利用其他過(guò)程廢熱的特點(diǎn),使得膜蒸餾成為一種節(jié)約能源、經(jīng)濟(jì)并對(duì)環(huán)境友好的膜分離技術(shù)。但是由于膜蒸餾熱效率低、膜通量小、膜蒸餾用膜研究進(jìn)展緩慢、膜蒸餾傳熱傳質(zhì)機(jī)理不完善等導(dǎo)致膜蒸餾一直未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,因此有必要針對(duì)膜蒸餾展開(kāi)優(yōu)化設(shè)計(jì),包括過(guò)程優(yōu)化及膜蒸餾機(jī)理優(yōu)化,進(jìn)而提高膜蒸餾效率和膜通量,加快其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。膜蒸餾用膜的材料主要有三種:聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯(PP),其中PTFE由于其優(yōu)越的物理和化學(xué)性能是市面上應(yīng)用最廣的膜材料。PTFE膜可被制成平板膜和中空纖維膜,為了方便拆卸和清洗在實(shí)驗(yàn)階段多選擇平板膜進(jìn)行研究。目前膜蒸餾的四種形式中直接接觸式膜蒸餾(DCMD)和真空膜蒸餾(VMD)是研究最多、應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。因此本文針對(duì)基于PTFE平板膜的DCMD和VMD過(guò)程處理Nacl溶液展開(kāi)實(shí)驗(yàn)和模擬研究。本文首先基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)DoE中的響應(yīng)面法(RSM)對(duì)利用PTFE平板膜處理Nacl溶液的DCMD和VMD過(guò)程展開(kāi)模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了確保RSM有效,針對(duì)DCMD和VMD處理去離子水的過(guò)程開(kāi)展了單因素實(shí)驗(yàn),確定對(duì)DCMD和VMD過(guò)程影響顯著的因子及其最佳取值范圍。其次,利用軟件Design-Expert8.6對(duì)DCMD及VMD設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),每個(gè)因素設(shè)計(jì)五個(gè)水平,結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出膜通量關(guān)于各因子的二階多項(xiàng)式模型。通過(guò)方差分析驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。然后通過(guò)響應(yīng)面分析確定各因子之間影響的水平,再對(duì)DCMD和VMD過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果表明使用擬合出的模型對(duì)DCMD和VMD進(jìn)行優(yōu)化是合理可行的,特別是VMD過(guò)程。同時(shí)也進(jìn)一步說(shuō)明,利用響應(yīng)面法優(yōu)化工藝參數(shù)可以使得膜蒸餾過(guò)程獲得最大的膜通量,為后續(xù)大規(guī)模技術(shù)集成提供理論依據(jù)。最后,通過(guò)分析已建立的膜蒸餾傳熱傳質(zhì)機(jī)理,結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)VMD模型進(jìn)行修正,利用EXCEL對(duì)DCMD和VMD進(jìn)行迭代模擬計(jì)算。DCMD模擬計(jì)算過(guò)程中蒸發(fā)焓不隨溫度變化,傳質(zhì)模型選擇努森擴(kuò)散模型;VMD過(guò)程中分別考慮了蒸發(fā)焓隨溫度變化和不隨溫度變化時(shí)膜蒸餾的性能,傳質(zhì)模型選擇努森-分子結(jié)合模型。模擬計(jì)算考察了熱側(cè)料液溫度、熱側(cè)料液流量、冷側(cè)液體流量、冷側(cè)液體溫度、Nacl溶液濃度和真空度對(duì)膜蒸餾性能的影響。把單因素實(shí)驗(yàn)和RSM設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于DCMD和VMD過(guò)程,模擬所得的膜通量大部分都要大于實(shí)驗(yàn)測(cè)得的膜通量,在流體流速很低和Nacl溶液濃度很高的條件下部分實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)值會(huì)超過(guò)模擬值,但是兩者總體變化趨勢(shì)一致,本文建立的膜蒸餾傳熱傳質(zhì)模型可以較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)膜蒸餾過(guò)程。
[Abstract]:Membrane distillation is a separation technology which combines thermal and membrane processes. It is first used for desalination of seawater. Compared with other desalination technologies (such as ROM) membrane distillation can be operated at low pressure. Because of the waste heat of other processes, membrane distillation has become a kind of energy saving, economical and environmentally friendly membrane separation technology, but because of the low heat efficiency of membrane distillation, the membrane flux is small. The research progress of membrane for membrane distillation is slow, and the heat and mass transfer mechanism of membrane distillation is not perfect. Therefore, it is necessary to optimize the design of membrane distillation. It includes process optimization and membrane distillation mechanism optimization, which can improve the efficiency and flux of membrane distillation and accelerate the industrialization process. There are three kinds of membrane materials for membrane distillation: PTFEs. Polyvinylidene fluoride (PVDF) and polypropylene (PP). PTFE membrane can be made into flat membrane and hollow fiber membrane because of its excellent physical and chemical properties. In order to facilitate the disassembly and cleaning of the plate membrane in the experimental stage, the direct contact membrane distillation (DCMD) and the vacuum membrane distillation (VMD) are the most studied in the four forms of membrane distillation. The most widely used technology. Therefore, this paper focuses on the treatment of Nacl solution by DCMD and VMD process based on PTFE flat membrane. Firstly, the response of DoE is designed based on the experiment. Surface method (. In order to ensure the effectiveness of RSM, the DCMD and VMD processes of Nacl solution treated with PTFE plate membrane were simulated and optimized by RSM. Single factor experiments were carried out on the treatment of deionized water with DCMD and VMD to determine the factors and the optimum value range of the process of DCMD and VMD. The software Design-Expert8.6 is used to design DCMD and VMD. Each factor is designed at five levels. The second order polynomial model of membrane flux on each factor was fitted with the experimental data. The accuracy of the model was verified by ANOVA. Then the level of influence between the factors was determined by response surface analysis. The results show that it is reasonable and feasible to optimize DCMD and VMD by using the fitting model, especially the VMD process. Using response surface method to optimize the process parameters can make the membrane distillation process obtain the maximum membrane flux, and provide the theoretical basis for the follow-up large-scale technology integration. Finally, the established heat and mass transfer mechanism of membrane distillation is analyzed. Based on the experimental data, the VMD model is modified, and the enthalpy of evaporation does not change with the temperature during the simulation of DCMD and VMD by EXCEL. Kucson diffusion model is selected for mass transfer model. In the VMD process, the performance of membrane distillation with and without the change of enthalpy of evaporation was considered, and the mass transfer model was selected as the Knuden-molecular binding model. The temperature of the hot side feed was investigated by simulation and calculation. Hot side liquid flow, cold side liquid flow, cold side liquid temperature. The effects of concentration and vacuum of Nacl solution on the performance of membrane distillation. The accuracy of the model was verified by comparing the experimental results obtained from the single factor experiment and the experiment designed by RSM with the simulated data. And the VMD process. Most of the simulated membrane fluxes are larger than the measured membrane fluxes. Under the condition of low fluid flow rate and high concentration of Nacl solution, the experimental values of some experimental points will exceed the simulated values. The heat and mass transfer model established in this paper can accurately predict the membrane distillation process.
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：P747

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本文編號(hào)：1459195