全球性的水資源危機(jī)已成為影響社會(huì)穩(wěn)定的重大風(fēng)險(xiǎn)因素之一,為了減少淡水資源對社會(huì)穩(wěn)定、人口增長和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等造成的不利影響,作為海水淡化重要處理技術(shù)之一的膜蒸餾受到了廣泛的關(guān)注。膜蒸餾作為最具有廣闊應(yīng)用前景的水處理技術(shù)之一,具有操作溫度低、高截留率、耐腐蝕等突出優(yōu)點(diǎn),但是與現(xiàn)有成熟技術(shù)相比存在通量較低、能源效率低等問題,至今尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用。因此,對膜蒸餾技術(shù)開展系統(tǒng)性的研究,為實(shí)際工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo)和應(yīng)用基礎(chǔ)支持具有重要的意義。本文以直接接觸式中空纖維膜組件為研究對象,建立其數(shù)學(xué)模型和計(jì)算模型,并對模型的正確性進(jìn)行驗(yàn)證。模擬計(jì)算膜蒸餾操作條件和物理結(jié)構(gòu)參數(shù)對膜蒸餾性能參數(shù)的影響和分析其原因。計(jì)算結(jié)果表明:逆流模式下膜通量明顯高于順溜模式;在所研究的工況范圍內(nèi),隨著給料側(cè)入口溫度7f,in從50℃升高到90℃,膜通量增幅高達(dá)446%,GOR增幅達(dá)91%,熱效率增幅達(dá)48.7%,Tf,in升高對膜蒸餾三個(gè)性能指標(biāo)均有較大提升;隨著膜面積Am從0.597m2增大到2.388 m2,GOR增幅高達(dá)175.6%,表明膜面積的增大可顯著提高GOR;當(dāng)膜表面平均孔隙率ε從0.3增加到0.... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１膜蒸餾原理示意圖??圖１．１是膜蒸餾過程的基本原理示意圖

接觸式??膜蒸饋（ＤｉｒｅｃｔＣｏｎｔａｃｔＭｅｍｂｒａｎｅＤｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ?（ＤＣＭＤ）），氣隙式膜蒸飽（ＡｉｒＧａｐ??Ｍｅｍｂｒａｎｅ?Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ?（ＡＧＭＤ）），氣掃式膜蒸溜（Ｓｗｅｅｐｉｎｇ?Ｇａｓ?Ｍｅｍｂｒａｎｅ??Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ?（ＳＧＭＤ）），真空式膜蒸懷（Ｖａｃｕｕｍ?Ｍｅｍｂｒａｎｅ?Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ?（ＶＭＤ））。??■?ｍｍ?／ｉ??■?■隱?Ｌ?■??暴?ｔ?Ｉ?會(huì)??（ａ）?ＤＣＭＤ?（ｂ）?ＡＧＭＤ??圖１．２膜蒸餾四種基本構(gòu)型??直接接觸式膜蒸餾（ＤＣＭＤ）結(jié)構(gòu)示意圖如圖１．２?（ａ）所示，給料液直接與??膜熱側(cè)表面接觸，滲透側(cè)直接與膜冷側(cè)表面接觸［１３］。給料在膜熱側(cè)表面蒸發(fā)，在??壓差驅(qū)動(dòng)下，蒸汽通過疏水微孔膜到達(dá)膜冷側(cè)表面并在膜組件內(nèi)部冷凝。由于膜??的疏水特性，給料溶液不能穿過膜，在膜孔內(nèi)只有氣相存在。ＤＣＭＤ是最簡單的??膜蒸餾構(gòu)型，并廣泛應(yīng)用于制酸、海水淡化、水溶液濃縮和食品工業(yè)中［１４￣｜７］。??ＤＣＭＤ的結(jié)構(gòu)較為簡單，且傳質(zhì)阻力較小，因此，具有較大的高通量潛力。與其??他幾膜蒸餾構(gòu)型相比，ＤＣＭＤ的主要問題是由于與冷卻側(cè)直接接觸，熱傳導(dǎo)導(dǎo)??致的熱量損失較大。??氣隙式膜蒸餾（ＡＧＭＤ）結(jié)構(gòu)示意圖如圖１．２?（ｂ）所示。給料側(cè)溶液直接與??膜熱側(cè)表面接觸，膜冷側(cè)表面到冷凝表面之間存在一個(gè)空氣間隙，冷凝表面的??另外一側(cè)是冷凝水，跨膜傳遞的滲透物在冷凝表面上冷凝為液體，并在其面上形??成一層液膜［１８］。在重力的作用下，滲透物會(huì)流動(dòng)到空氣間隙的底部，滲透物會(huì)在??３??

大約兩個(gè)數(shù)量級［１２］，因??此氣隙成為了主要的傳質(zhì)阻力，因此ＡＧＭＤ受到膜和膜材料性能的影響較低。??這種結(jié)構(gòu)帶來顯而易見的好處，氣隙的存在增加了傳熱阻力，間隙的存在提高了??給料側(cè)和滲透側(cè)之間的隔熱性，減少了熱傳導(dǎo)導(dǎo)致的熱損失［１９］。但是，同時(shí)氣隙??增大了傳質(zhì)阻力，使得通量減少。ＡＧＭＤ主要應(yīng)用在脫鹽工業(yè)從水溶液中??脫去揮發(fā)性化合物［２１］。??＼?Ｍ??５Ｓ、財(cái)多細(xì)如氣體?ＳＳ?Ｉ疏水＿?真空??■■■■ｆ?Ｉ?ｂＩｈＪ??⑶?ＳＧＭＤ?（ｂ）?ＶＭＤ??圖１．３膜蒸餾四種基本構(gòu)型??氣掃式膜蒸餾（ＳＧＭＤ）結(jié)構(gòu)示意圖如圖１．３?（ａ）所示。膜熱側(cè)結(jié)構(gòu)同上述??兩種構(gòu)型相同，在膜冷側(cè)，類似ＡＧＭＤ結(jié)構(gòu)，惰性氣體通過壓縮機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)制對??流進(jìn)入到滲透側(cè)，將跨膜傳遞過來的蒸氣帶到膜組件外部進(jìn)行冷凝［２２］。ＳＧＭＤ主??要應(yīng)用于從水溶液中脫除揮發(fā)性化合物［２３］。由于空氣層的存在，可以降低傳導(dǎo)熱??損失，但同時(shí)提高了傳質(zhì)阻力，并且少量滲透組分會(huì)擴(kuò)散到大量的吹掃氣體中，??外部需要大型的冷凝器。此外，可以通過將ＡＧＭＤ和ＳＧＭＤ結(jié)合成一個(gè)新構(gòu)??型，叫做恒溫吹掃氣膜蒸餾［２４］?（ＴＳＧＭＤ），在組合膜組件中，惰性氣體通過膜冷??側(cè)表面和冷凝表面之間的氣隙，一部分滲透物在冷凝表面處冷凝，另外一部分通??過在膜組件外部的冷凝器中冷凝。??真空式膜蒸餾（ＶＭＤ）結(jié)構(gòu)示意圖如圖１．３?（ｂ）所示。ＶＭＤ同ＳＧＭＤ的??結(jié)構(gòu)非常相似，給料側(cè)的流道平行于膜，并在膜熱側(cè)形成了液－氣交界面，膜的滲??透側(cè)通道為單向通道，只有一個(gè)提供真空泵施加真空的入口。通過將膜的滲透側(cè)??通道不斷抽空，在膜的滲透側(cè)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓的

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3069103