膜蒸餾技術的發展方向
膜(mo)(mo)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)技術(shu)的(de)(de)研(yan)究(jiu)始于20世紀60年(nian)代的(de)(de)美(mei)國。1963年(nian)美(mei)國的(de)(de)Sodell首先在(zai)其專利(li)(li)申請中對膜(mo)(mo)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)的(de)(de)初(chu)步成果進(jin)行(xing)(xing)了(le)(le)介(jie)紹(shao)。1967~1969年(nian),Findley在(zai)美(mei)國、Hendergcky在(zai)歐洲同時進(jin)行(xing)(xing)了(le)(le)試驗(yan)。Findley嘗試了(le)(le)多種(zhong)膜(mo)(mo)材料,然而膜(mo)(mo)通(tong)量卻非常小(xiao),但(dan)他預(yu)言只要(yao)找到合適的(de)(de)膜(mo)(mo)材料,這(zhe)種(zhong)技術(shu)是很有(you)(you)前途的(de)(de)。進(jin)入90年(nian)代以(yi)后對膜(mo)(mo)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)的(de)(de)研(yan)究(jiu)逐漸增多,但(dan)多數還是處(chu)于實驗(yan)研(yan)究(jiu)階(jie)段。P. A Hogan與(yu)Sudjito等(deng)在(zai)澳大利(li)(li)亞利(li)(li)用太(tai)陽(yang)能(neng)作為熱量來源(yuan)進(jin)行(xing)(xing)了(le)(le)直接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸(chu)膜(mo)(mo)蒸(zheng)(zheng)餾(liu),實驗(yan)證(zheng)明太(tai)陽(yang)能(neng)膜(mo)(mo)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)在(zai)技術(shu)上是可行(xing)(xing)的(de)(de),可以(yi)進(jin)行(xing)(xing)實際(ji)應用。機(ji)理研(yan)究(jiu)方面,1995年(nian)俄(e)羅斯的(de)(de)Agashichcv和(he)Sivakov基(ji)于質量和(he)熱量平(ping)衡方程,考慮溫(wen)度(du)(du)和(he)濃(nong)度(du)(du)極(ji)化提出直接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸(chu)式膜(mo)(mo)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)的(de)(de)數學(xue)模(mo)型,但(dan)因其過于復雜而沒有(you)(you)被廣泛接(jie)(jie)受。1998年(nian),Gryta等(deng)考慮在(zai)溫(wen)度(du)(du)極(ji)化影響的(de)(de)情況下對毛細管狀物膜(mo)(mo)組(zu)件(jian)層流問題進(jin)行(xing)(xing)了(le)(le)研(yan)究(jiu),并得出了(le)(le)一些理論依(yi)據。
我(wo)國對(dui)膜(mo)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)(liu)技術的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)始于20世紀80年代,1988年,吳(wu)庸烈綜述(shu)了(le)(le)(le)膜(mo)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)(liu)及其相關的(de)(de)膜(mo)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)、揮發(fa)(fa)(fa)性溶質水溶液的(de)(de)膜(mo)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)(liu),微孔(kong)膜(mo)的(de)(de)透過(guo)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)和蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)吸收等膜(mo)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)發(fa)(fa)(fa)展(zhan)、機理(li)和應用(yong)等情況。1991年余立新(xin)等使用(yong)北京塑料(liao)研(yan)(yan)究(jiu)所(suo)提(ti)供的(de)(de)孔(kong)徑0.3μm、膜(mo)厚80μm的(de)(de)聚(ju)四氟乙烯微孔(kong)膜(mo)對(dui)古龍(long)酸水溶液進行(xing)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)(liu)濃(nong)(nong)縮。結(jie)(jie)果發(fa)(fa)(fa)現這一方(fang)法(fa)是可行(xing)的(de)(de),并得出結(jie)(jie)論是膜(mo)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)(liu)可用(yong)于熱敏性物質水溶液的(de)(de)濃(nong)(nong)縮,并能(neng)很(hen)好地發(fa)(fa)(fa)揮該過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)低(di)溫濃(nong)(nong)縮的(de)(de)優勢。機理(li)研(yan)(yan)究(jiu)方(fang)面,1999年,李憑立等進行(xing)了(le)(le)(le)膜(mo)蒸(zheng)(zheng)餾(liu)(liu)傳質的(de)(de)強化研(yan)(yan)究(jiu),提(ti)出了(le)(le)(le)傳質通量(liang)因子的(de)(de)概念。
20世紀80年代(dai)才開始有關于氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)式(shi)膜(mo)蒸(zheng)(zheng)(zheng)餾(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究報道,而且(qie)理論(lun)和(he)實(shi)驗(yan)(yan)(yan)研(yan)(yan)究比較少。盡管(guan)與直接(jie)接(jie)觸式(shi)膜(mo)蒸(zheng)(zheng)(zheng)餾(liu)相(xiang)比,氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)式(shi)膜(mo)蒸(zheng)(zheng)(zheng)餾(liu)通(tong)(tong)(tong)量(liang)(liang)低,但是因其熱效率相(xiang)對(dui)高而且(qie)能耗少,冷卻水(shui)與凝(ning)結(jie)水(shui)分開,各行其道。所(suo)以在(zai)(zai)制(zhi)取超(chao)純(chun)(chun)水(shui)和(he)含揮發(fa)性物(wu)質(zhi)(zhi)時,有著直接(jie)接(jie)觸式(shi)膜(mo)蒸(zheng)(zheng)(zheng)餾(liu)無法比擬(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)優勢(shi),因此氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)式(shi)膜(mo)蒸(zheng)(zheng)(zheng)餾(liu)越(yue)來越(yue)受到人們的(de)(de)(de)(de)(de)青睞。1989年,Gostod采用PTFE膜(mo),以乙醇水(shui)溶(rong)液(ye)為實(shi)驗(yan)(yan)(yan)物(wu)系,對(dui)含易揮發(fa)溶(rong)質(zhi)(zhi)水(shui)溶(rong)液(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)空氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)膜(mo)蒸(zheng)(zheng)(zheng)餾(liu)作(zuo)了研(yan)(yan)究,提(ti)出用分離因子的(de)(de)(de)(de)(de)概念來表示揮發(fa)性溶(rong)質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)提(ti)純(chun)(chun)程(cheng)(cheng)度(du)(du)(du),初步探明(ming)了揮發(fa)性溶(rong)質(zhi)(zhi)水(shui)溶(rong)液(ye)膜(mo)蒸(zheng)(zheng)(zheng)餾(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)規律(lv)。2000年,閻建民(min)等對(dui)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)式(shi)膜(mo)蒸(zheng)(zheng)(zheng)餾(liu)傳(chuan)遞過程(cheng)(cheng)進(jin)行研(yan)(yan)究,他們測(ce)定膜(mo)兩側流(liu)體的(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)(du)、流(liu)量(liang)(liang)及料液(ye)濃度(du)(du)(du)對(dui)膜(mo)通(tong)(tong)(tong)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)影響,并從理論(lun)上描述了傳(chuan)熱、傳(chuan)質(zhi)(zhi)過程(cheng)(cheng),建立了可(ke)以預測(ce)膜(mo)蒸(zheng)(zheng)(zheng)餾(liu)通(tong)(tong)(tong)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)數學模(mo)型,實(shi)驗(yan)(yan)(yan)結(jie)果與模(mo)型預測(ce)吻合較好。2002年,丁忠偉等采用模(mo)擬(ni)計算(suan)和(he)實(shi)驗(yan)(yan)(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)方法對(dui)直接(jie)接(jie)觸式(shi)膜(mo)蒸(zheng)(zheng)(zheng)餾(liu)(DCMD)和(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)式(shi)膜(mo)蒸(zheng)(zheng)(zheng)餾(liu)(AGMD)過程(cheng)(cheng)進(jin)行了比較研(yan)(yan)究,模(mo)擬(ni)計算(suan)及實(shi)驗(yan)(yan)(yan)結(jie)果表明(ming),AGMD中的(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)構成(cheng)了過程(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)主要阻力,使(shi)得跨膜(mo)溫(wen)差遠小于膜(mo)兩側流(liu)體主體溫(wen)差,在(zai)(zai)AGMD中隨氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)厚(hou)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)增加膜(mo)通(tong)(tong)(tong)量(liang)(liang)是下降的(de)(de)(de)(de)(de),隨氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)厚(hou)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)增大,下降速度(du)(du)(du)有所(suo)減緩,為提(ti)高AGMD的(de)(de)(de)(de)(de)膜(mo)通(tong)(tong)(tong)量(liang)(liang),減少氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)厚(hou)度(du)(du)(du)是有效手段(duan)之一。
膜蒸餾技術主要的房展方向主要有以下幾個方面:
(1)研制分(fen)離(li)性(xing)(xing)能(neng)好(hao),價格低(di)(di)廉(lian)的(de)膜(mo)。目前(qian)之所以膜(mo)蒸(zheng)餾(liu)(liu)與其(qi)他分(fen)離(li)技術相(xiang)比較(jiao)競爭力不強,一個很主(zhu)要(yao)的(de)原因是(shi)用于膜(mo)蒸(zheng)餾(liu)(liu)的(de)膜(mo)成(cheng)本較(jiao)高。迫(po)切(qie)需要(yao)研制出具有良好(hao)分(fen)離(li)性(xing)(xing)能(neng)而(er)且價格低(di)(di)廉(lian)的(de)膜(mo)以適應膜(mo)蒸(zheng)餾(liu)(liu)的(de)發(fa)展。
(2)完(wan)(wan)善(shan)機理(li)(li)模型。機理(li)(li)模型是進(jin)行過程優化(hua)及設計計算的(de)理(li)(li)論指導。雖然許(xu)多(duo)研(yan)究(jiu)者已(yi)經從不(bu)(bu)同角度(du)對膜(mo)蒸餾的(de)機理(li)(li)進(jin)行了研(yan)究(jiu),但仍存在著不(bu)(bu)少缺陷(xian),有必要加以(yi)進(jin)一步完(wan)(wan)善(shan)。
(3)提(ti)高熱量(liang)利用率。膜蒸餾是(shi)具有相變的(de)(de)、需(xu)要(yao)(yao)消耗熱量(liang)的(de)(de)過程,熱量(liang)利用率是(shi)它(ta)的(de)(de)一(yi)個重(zhong)要(yao)(yao)技術(shu)經濟指標。膜蒸餾中不可避(bi)免地存在著因熱傳導造(zao)成的(de)(de)熱量(liang)損失,如何減少(shao)這部(bu)分熱量(liang)損失,是(shi)值得研究的(de)(de)重(zhong)要(yao)(yao)課題。
(4)發揮常(chang)壓(ya)低溫脫水的優(you)勢,開展(zhan)應(ying)用(yong)研(yan)究。研(yan)究表明重點(dian)應(ying)用(yong)是熱敏性物質水溶液的濃縮(suo)。另外(wai)(wai),膜蒸餾過程簡單和設備技術要求不(bu)高等(deng)特點(dian),很適(shi)合(he)于小規模的鹽(yan)水淡化,這對偏遠地區及野外(wai)(wai)作業(ye)人員解決飲用(yong)水問(wen)題有著(zhu)重要意義。
(5)和其(qi)他過(guo)程(cheng)的結合(he)。膜蒸餾(liu)(liu)可(ke)與其(qi)他分(fen)(fen)離過(guo)程(cheng)相結合(he),以提高分(fen)(fen)離效率如反應與蒸餾(liu)(liu)的集成(cheng)、滲透蒸發與膜蒸餾(liu)(liu)的結合(he)。
(6)加強對減壓(ya)膜(mo)蒸餾(liu)(liu)的研(yan)究。在四種(zhong)膜(mo)蒸餾(liu)(liu)方式(shi)中,減壓(ya)膜(mo)蒸餾(liu)(liu)的通量相對較(jiao)大,而且操(cao)作過(guo)程中膜(mo)不易(yi)損壞,下游側(ce)的阻力也較(jiao)其他(ta)三種(zhong)小。

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