真空膜蒸馏海水淡化实验研究

论文摘要

膜蒸馏是在上个世纪八十年代初新发展起来的一种新型分离技术,是膜分离技术与传统蒸发过程相结合的新型膜分离过程,它与常规蒸馏一样都以汽液平衡为基础,依靠蒸发潜热来实现相变。真空膜蒸馏是膜蒸馏四种操作方式中的一种,具有膜通量大、分离系数高、设备简单、易于操作和实现等特点,能够被广泛应用于易挥发组分的脱除和海水、苦咸水淡化等方面。在国家提倡建设和谐社会的今天,研发和利用膜蒸馏技术来实现海水淡化、节能减排和废水的综合利用,具有重要的意义。本文在总结了该领域大量国内外最新文献的基础上,进行了真空膜蒸馏脱盐过程及海水淡化的实验室研究,并在此基础上设计、研制和运行了一套1m3/日的放大膜蒸馏实验装置,初步进行了膜蒸馏海水淡化的可行性实验和分析研究。在膜蒸馏实验研究中,设计和制备了错流式中空纤维膜组件,对料液的最优走向进行了较系统的研究,结果表明:在实验条件相同或相近的情况下,料液流经壳程比流经管程能够获得的更高的膜产水通量。当料液流经壳程时,进料液体与纤维之间形成错流,很大程度上减小了膜表面温度边界层的厚度,削弱了温度极化效应,从而增大了边界层的传质系数,较大程度上改善和提高了膜的产水通量。论文系统考察了膜的产水通量与进料液温度、流速和系统真空度的变化关系,对减压膜蒸馏过程中的温度极化、浓度极化现象以及膜蒸馏过程中的传热和传质过程进行了分析研究,实验过程中膜的产水通量达到了59kg/m2?h。在此基础上进行了海水淡化的实验研究,针对各种实验条件(包括海水温度、流速、浓度等)对膜产水通量的影响和海水淡化过程中的膜污染进行了考察。在适宜的操作条件下膜的淡水通量达到了46kg/m2?h。在以上小试实验研究取得优异成果的基础上,进一步设计、研制和运行了一套1m3/日的放大膜蒸馏实验装置(单个膜组件的有效膜面积达到了1m2),对经过初步预处理的海水进行了淡化实验,在给定的条件下膜的产水通量达到了38kg/m2?h,脱盐率达到99%以上,海水的淡水产率达到75%以上,浓海水的含盐量可达到15%以上。运行过程中膜及膜蒸馏系统显示出了良好的抗污染性,膜的再生性强、清洗方法简单。总之,本论文通过对所述新型真空膜蒸馏脱盐过程的研究,深入揭示了膜蒸馏过程的传质、传热机理,最大限度地克服了膜蒸馏过程中的温度极化效应并提高了膜的产水通量;通过对真空膜蒸馏海水淡化实验室小试和放大实验研究,证明了真空膜蒸馏是一种非常具有潜力的优异的海水淡化方法,具有许多其它海水淡化技术所不具备的优点。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 膜蒸馏技术简介
• 1.1.1 膜蒸馏概述
• 1.1.2 膜蒸馏的分类与特点
• 1.1.3 膜蒸馏的发展历程
• 1.2 膜与膜组件
• 1.2.1 膜蒸馏用膜
• 1.2.2 膜组件
• 1.3 膜蒸馏过程的机理
• 1.3.1 跨膜传质
• 1.3.2 跨膜传热
• 1.3.3 浓度极化与温度极化
• 1.3.4 膜污染
• 1.4 膜蒸馏的应用
• 1.5 本文工作
• 第二章 真空膜蒸馏脱盐过程实验研究
• 2.1 试验装置与设备
• 2.1.1 膜与膜组件
• 2.1.2 试验仪器与设备
• 2.1.3 试验装置与流程
• 2.2 真空膜蒸馏基本理论与计算过程
• 2.2.1 真空膜蒸馏过程的传质
• 2.2.2 真空膜蒸馏过程的传热
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 料液流向对真空膜蒸馏过程的影响
• 2.3.2 操作参数对真空膜蒸馏过程的影响
• 2.3.3 真空膜蒸馏海水淡化实验
• 2.4 本章小结
• 第三章 真空膜蒸馏海水淡化放大试验
• 3.1 装置与流程
• 3.1.1 试验装置与设备
• 3.1.2 试验流程
• 3.1.3 实验用海水
• 3.2 结果与讨论
• 3.3 本章小结
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢