全球性的人口增長(zhǎng)和能源環(huán)境問(wèn)題使得水資源短缺日益成為制約人類(lèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重大議題之一,廢水回收利用和海水淡化等技術(shù)是突破這一制約的有效手段。作為眾多水處理技術(shù)之一,膜蒸餾(membrane distillation,MD)因具有操作條件溫和、分離效果優(yōu)良和對(duì)能源品質(zhì)要求低等特點(diǎn)而被應(yīng)用于脫鹽、水處理、提純濃縮和食品醫(yī)藥等領(lǐng)域,正受到世界范圍內(nèi)越來(lái)越多的關(guān)注。但是,該技術(shù)也存在著能效較低,使用常規(guī)能源驅(qū)動(dòng)經(jīng)濟(jì)性較差等不足,為此,有必要針對(duì)膜蒸餾特性及其相關(guān)系統(tǒng)展開(kāi)研究,以為其實(shí)際應(yīng)用提供理論支撐與參考。首先,本文以膜蒸餾海水淡化為背景,建立了其傳熱傳質(zhì)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型;以膜通量和熱效率為MD特性的評(píng)價(jià)指標(biāo),采用單因素為主、雙因素為輔的分析方法,模擬分析了進(jìn)料溫度和流量、滲透?jìng)?cè)冷卻水進(jìn)水溫度和流量對(duì)膜蒸餾特性的影響及作用機(jī)理。結(jié)果表明:在所模擬的參數(shù)范圍內(nèi),進(jìn)料參數(shù)升高對(duì)膜通量和熱效率提升具有顯著影響。當(dāng)進(jìn)料溫度由55℃C升高至75℃C時(shí),膜蒸餾通量和熱效率分別增長(zhǎng)121.03%和20.07%;當(dāng)進(jìn)料流量由9.0L/min升高至1l.OL/min時(shí),膜蒸餾通量和熱效率分別增長(zhǎng)11.03%和3.85%。其次,考慮到余熱、地?zé)岷吞?yáng)能等廉價(jià)熱源在驅(qū)動(dòng)膜蒸餾方面的優(yōu)勢(shì)性,本文將MD與吸收式制冷機(jī)復(fù)合成系統(tǒng),以對(duì)低品位熱有效利用,同時(shí)又實(shí)現(xiàn)對(duì)外提供膜蒸餾產(chǎn)水和供應(yīng)冷量的目的。在復(fù)合系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模的基礎(chǔ)上,模擬了驅(qū)動(dòng)熱源溫度、制冷機(jī)蒸發(fā)溫度和分流比對(duì)其性能指標(biāo)的影響。結(jié)果顯示:在所模擬的參數(shù)范圍內(nèi),驅(qū)動(dòng)熱源溫度和分流比對(duì)系統(tǒng)輸出和總效率指標(biāo)有著較為顯著的影響,而制冷機(jī)蒸發(fā)溫度的影響則基本可以忽略。當(dāng)驅(qū)動(dòng)熱源溫度由95℃C升高至115℃C時(shí),系統(tǒng)的產(chǎn)水和對(duì)外供冷量分別表現(xiàn)出119.56%和81.97%的增幅,與此同時(shí),復(fù)合系統(tǒng)的總效率的增幅則為7.36%。當(dāng)分流比由0增加到1時(shí),復(fù)合系統(tǒng)的膜蒸餾產(chǎn)水也由0增長(zhǎng)至最大值,而對(duì)外供冷量和系統(tǒng)總效率的增減則與之相反,在分流比的變化范圍(0→1)內(nèi),系統(tǒng)總效率由65%降低至18.50%,降幅高達(dá)71.54%。分流比的作用特點(diǎn)說(shuō)明:系統(tǒng)的負(fù)荷分配應(yīng)以制冷為主,附帶制水;為使復(fù)合系統(tǒng)總效率不致過(guò)低(≤30%),分流比不宜高于0.625。最后,基于對(duì)膜蒸餾特性和復(fù)合系統(tǒng)的模擬分析,本文在一定的簡(jiǎn)化條件下初步選取了使系統(tǒng)性能指標(biāo)最佳的參數(shù)組合,同時(shí)又在膜蒸餾端產(chǎn)水量一致的情況下,比較并分析了不同分流比對(duì)復(fù)合系統(tǒng)最佳參數(shù)組合的影響。結(jié)果表明:在所研究的任一分流比(0和1除外)下,復(fù)合系統(tǒng)四個(gè)指標(biāo)(產(chǎn)水量、供冷量、膜蒸餾熱效率和系統(tǒng)總效率)的最大值或最小值均對(duì)應(yīng)MD模塊進(jìn)料參數(shù)和吸收式制冷機(jī)驅(qū)動(dòng)熱源溫度的最大值或最小值。也就是說(shuō),分流比的改變并沒(méi)有影響到使系統(tǒng)性能指標(biāo)最佳的參數(shù)組合,這是因?yàn)楦淖兎至鞅葍H影響系統(tǒng)的負(fù)荷分配比例,而沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的影響到膜蒸餾端或吸收式制冷機(jī)端取得最佳熱效率或COP時(shí)的參數(shù)組合。本文的研究可為MD特性分析及膜蒸餾與吸收式制冷機(jī)復(fù)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行與參數(shù)選優(yōu)提供一定的理論參考。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：P747
【部分圖文】：

熱敏性物料濃縮等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于有機(jī)廢水ｍ、含重金屬或核輻射Ｗ的廢水??處理、海水或苦咸水淡化、果汁濃縮以及食品醫(yī)藥等領(lǐng)域［９１。??圖１．１是以鹽溶液的直接接觸式膜蒸餾過(guò)程為例繪制的膜蒸餾基本原理示意??圖。其實(shí)質(zhì)是，在疏水微孔膜兩側(cè)蒸氣分壓力差的推動(dòng)下，膜料液側(cè)的揮發(fā)性組分??（Ｈ２〇）吸熱蒸發(fā)并穿過(guò)膜孔，而非揮發(fā)性組分的陰陽(yáng)離子（－和＋?）則被膜阻隔??無(wú)法通過(guò)，最終實(shí)現(xiàn)溶液的分離或提純１１？１１。??〇?…邏？？？??膜孔??？?？？??ｏ?＂?？?ｖ?？??ｏ?？？?”??料液側(cè)?疏水膜?滲透?jìng)?cè)??圖ｕ膜蒸餾基本原理示意圖??－１?－??

熱敏性物料濃縮等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于有機(jī)廢水ｍ、含重金屬或核輻射Ｗ的廢水??處理、海水或苦咸水淡化、果汁濃縮以及食品醫(yī)藥等領(lǐng)域［９１。??圖１．１是以鹽溶液的直接接觸式膜蒸餾過(guò)程為例繪制的膜蒸餾基本原理示意??圖。其實(shí)質(zhì)是，在疏水微孔膜兩側(cè)蒸氣分壓力差的推動(dòng)下，膜料液側(cè)的揮發(fā)性組分??（Ｈ２〇）吸熱蒸發(fā)并穿過(guò)膜孔，而非揮發(fā)性組分的陰陽(yáng)離子（－和＋?）則被膜阻隔??無(wú)法通過(guò)，最終實(shí)現(xiàn)溶液的分離或提純１１？１１。??〇?…邏？？？??膜孔??？?？？??ｏ?＂?？?ｖ?？??ｏ?？？?”??料液側(cè)?疏水膜?滲透?jìng)?cè)??圖ｕ膜蒸餾基本原理示意圖??－１?－??

圖１．９中空纖維式膜組件截面示意圖?圖１．１０管式膜組件截面示意圖??（２）管式??與中空纖維式膜組件類(lèi)似，管式膜組件的腔內(nèi)則布置著一定數(shù)量的膜管；不同??之處在于，其內(nèi)部的膜并不具備自支撐功能。管式膜組件整體結(jié)構(gòu)上由帶支撐體??的膜管、隔板以及膜殼構(gòu)成，其橫截面上的外觀如圖１．１０所示。其中，支撐體是??指疏水膜內(nèi)側(cè)或外側(cè)的高強(qiáng)度支撐材料（如多孔金屬、陶瓷等），其作用是保證膜??材料在較高的壓力下工作時(shí)仍然具備良好的透水性和強(qiáng)度［３２１。??由于膜管的直徑大多在厘米級(jí)，相較于中空纖維式組件的膜絲直徑大得多，因??而管式膜組件具有壓損小，可以實(shí)現(xiàn)湍流流動(dòng)，污染幾率小、不易堵塞和易清洗等??優(yōu)點(diǎn)，有著較好的商業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)［３３１；其缺點(diǎn)是，裝填密度低，比表面積較�。s??３００ｍ２／ｍ３?）。??（３）卷式??卷式膜組件也被為螺旋卷纏繞式膜組件，如圖１．１１所示［３４１，其加工原理是：??
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳雨王飛;宋曉梅;苑志華;周婷婷;;膜蒸餾結(jié)晶技術(shù)研究進(jìn)展[J];資源節(jié)約與環(huán)保;2019年04期

2 張大帥;李晨;張小朋;吳迪;熊玉琴;林強(qiáng);史載鋒;;料液強(qiáng)化流動(dòng)對(duì)氣掃式膜蒸餾影響的實(shí)驗(yàn)研究[J];膜科學(xué)與技術(shù);2018年03期

3 劉羊九;王云山;韓吉田;任天健;;膜蒸餾技術(shù)研究及應(yīng)用進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2018年10期

4 張永剛;彭躍蓮;紀(jì)樹(shù)蘭;;平流式多效真空膜蒸餾過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究[J];膜科學(xué)與技術(shù);2016年06期

5 郭智;張新妙;欒金義;彭海珠;;氣隙式膜蒸餾技術(shù)研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代化工;2017年04期

6 顏學(xué)升;王彩云;;PVDF膜用于真空膜蒸餾淡化鹽水的實(shí)驗(yàn)研究[J];成都大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2017年02期

7 蘇華;馮朝陽(yáng);王際平;;減壓膜蒸餾技術(shù)濃縮染整廢水的研究[J];浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2016年02期

8 劉學(xué)晶;李保安;;減壓膜蒸餾熱量回收過(guò)程研究[J];化學(xué)工業(yè)與工程;2014年02期

9 高薇;于文靜;武春瑞;呂曉龍;;鼓氣強(qiáng)化循環(huán)氣掃式膜蒸餾過(guò)程研究[J];水處理技術(shù);2011年03期

10 田瑞;;太陽(yáng)能膜蒸餾淡化水系統(tǒng)研究進(jìn)展[J];膜科學(xué)與技術(shù);2011年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 吳歡歡;真空膜蒸餾分離離子液體—水混合液用膜與過(guò)程研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所);2017年

2 劉治宇;套管式氣隙膜蒸餾組件設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[D];天津工業(yè)大學(xué);2018年

3 趙麗華;高通量聚偏氟乙烯膜蒸餾用膜制備研究[D];天津工業(yè)大學(xué);2017年

4 張永剛;多效真空膜蒸餾數(shù)學(xué)模擬及實(shí)驗(yàn)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

5 Mostafa Abd El-Rady Abu-Zeid;負(fù)壓—?dú)庀妒胶投嗉?jí)膜蒸餾裝置及其于含鹽水蒸發(fā)過(guò)程的研究[D];浙江大學(xué);2016年

6 王麗;減壓膜蒸餾節(jié)能過(guò)程應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];天津大學(xué);2013年

7 杜軍;減壓膜蒸餾及其分離含鉻溶液的研究[D];重慶大學(xué);2002年

8 唐建軍;減壓膜蒸餾應(yīng)用于稀土冶金資源綜合回收的研究[D];中南大學(xué);2002年

9 閻建民;膜蒸餾的傳遞機(jī)理及膜組件優(yōu)化研究[D];北京化工大學(xué);2000年

10 贠延濱;聚偏氟乙烯疏水微孔膜的研制及膜蒸餾機(jī)理研究[D];北京化工大學(xué);2002年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王云山;膜蒸餾海水淡化特性分析及其與吸收式制冷機(jī)復(fù)合系統(tǒng)的研究[D];山東大學(xué);2019年

2 高尚鵬;聚偏氟乙烯光熱納米纖維膜的制備及脫鹽應(yīng)用[D];天津工業(yè)大學(xué);2019年

3 趙曉丹;氣—液萃取法用于膜蒸餾的預(yù)處理研究[D];天津工業(yè)大學(xué);2019年

4 潘倩倩;硅烷偶聯(lián)劑改性聚丙烯中空纖維膜的制備及膜蒸餾應(yīng)用[D];天津工業(yè)大學(xué);2019年

5 郭寒雨;膜蒸餾用超疏水PVDF-PDMS-SiO~2中空纖維復(fù)合膜的研制[D];天津工業(yè)大學(xué);2019年

6 李偉;高通量管式膜蒸餾組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及污酸處理研究[D];北京有色金屬研究總院;2019年

7 支星星;節(jié)能型卷式氣隙式膜蒸餾組件的設(shè)計(jì)與過(guò)程研究[D];天津大學(xué);2018年

8 程蘭;氣隙式與水隙式膜蒸餾性能對(duì)比及膜污染研究[D];天津大學(xué);2018年

9 鄒泉;光催化-膜蒸餾體系協(xié)同去除重金屬和有機(jī)污染物的研究[D];上海師范大學(xué);2019年

10 孫勇;含高濃度鹽有機(jī)廢水膜蒸餾脫鹽及膜性能改進(jìn)研究[D];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2874527