膜蒸餾技術發(fa)展背景(jing)及其簡介(jie)

近年來，隨著膜(mo)分(fen)離技(ji)術(shu)的快速發展，反滲透(tou)膜(mo)技(ji)術(shu)(RO)逐(zhu)漸成電力、冶金等部(bu)門工業廢水和(he)循(xun)環水深度回用處(chu)理(li)的首選技(ji)術(shu)。但是(shi)反滲透(tou)膜(mo)技(ji)術(shu)的產水率一般只(zhi)有75%，其濃(nong)水的處(chu)理(li)與排放問題日益突出(chu)。

目前解決(jue)(jue)反滲透排放(fang)濃水(shui)主要采用的有三種(zhong)方(fang)案：(1)濃水(shui)經沖洗多介質過(guo)濾器(qi)后排放(fang);(2)對排 放(fang)水(shui)集(ji)中回(hui)收處理(li)，利(li)用石灰軟(ruan)化(hua)法(fa)等(deng)去(qu)除鈣鎂(mei)硬 度，處理(li)后再利(li)用或達標(biao)排放(fang);(3)直接結合生產工 藝狀況綜合利(li)用。但是(shi)這些方(fang)法(fa)都(dou)沒有徹底(di)解決(jue)(jue)問 題，對濃水(shui)的利(li)用率很低，甚至造成對環境的二次污 染。因此開發(fa)高效的濃鹽(yan)水(shui)處理(li)過(guo)程(cheng)，以彌補RO等(deng) 處理(li)過(guo)程(cheng)的不足，以實現(xian)節水(shui)減(jian)排，具有重要意義。 減(jian)壓膜(mo)(mo)蒸(zheng)餾(VMD)是(shi)將膜(mo)(mo)技術與傳統蒸(zheng)餾技 術結合的一種(zhong)新型膜(mo)(mo)分離(li)過(guo)程(cheng)。具有操作溫度低、設 備簡(jian)單，對無機鹽(yan)、大分子等(deng)不揮發(fa)物的截留率可達 100%，可實現(xian)高濃度溶液的處理(li)等(deng)優(you)點 。

膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)蒸(zheng)餾(liu)(liu)(Membrane Distillation，簡(jian)稱MD)是(shi)近(jin)十年得到迅速發展(zhan)的(de)(de)(de)一(yi)種(zhong)新型高效(xiao)的(de)(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)分(fen)(fen)離(li)技術，是(shi)以(yi)疏水(shui)性微孔膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)兩側蒸(zheng)汽壓差為(wei)傳(chuan)(chuan)質推(tui)(tui)動力的(de)(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)分(fen)(fen)離(li)過(guo)程(cheng)。膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)蒸(zheng)餾(liu)(liu)過(guo)程(cheng)區別(bie)于其他(ta)(ta)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)過(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)特征(zheng)是(shi)：膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)是(shi)微孔膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo);膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)不(bu)能(neng)被所處(chu)理的(de)(de)(de)液體浸潤;膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)孔內無毛細管冷凝現象發生;只有蒸(zheng)汽能(neng)通(tong)過(guo)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)孔傳(chuan)(chuan)質。膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)不(bu)能(neng)改(gai)變(bian)操(cao)作(zuo)(zuo)液體中各組(zu)分(fen)(fen)的(de)(de)(de)汽液平衡(heng);膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)至少有一(yi)側要與操(cao)作(zuo)(zuo)液體直接接觸;對(dui)每一(yi)組(zu)分(fen)(fen)而言(yan)，膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)操(cao)作(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)推(tui)(tui)動力是(shi)該組(zu)分(fen)(fen)的(de)(de)(de)氣相分(fen)(fen)壓梯度(du)。同其他(ta)(ta)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)離(li)過(guo)程(cheng)相比(bi)，膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)蒸(zheng)餾(liu)(liu)具(ju)有以(yi)下優點：① 截留(liu)率高(若膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)不(bu)被潤濕，可達100%);② 操(cao)作(zuo)(zuo)溫度(du)比(bi)傳(chuan)(chuan)統的(de)(de)(de)蒸(zheng)餾(liu)(liu)操(cao)作(zuo)(zuo)低得多(duo)，可有效(xiao)利用(yong)地熱、工業廢水(shui)余(yu)熱等廉價(jia)能(neng)源，降低能(neng)耗(hao);③ 操(cao)作(zuo)(zuo)壓力較其他(ta)(ta)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)分(fen)(fen)離(li)低;④ 能(neng)夠處(chu)理反滲透等不(bu)能(neng)處(chu)理的(de)(de)(de)高濃度(du)廢水(shui)。

膜(mo)蒸餾技術的分類

根據(ju)在(zai)膜冷側收集水蒸(zheng)氣的方式不同，膜蒸(zheng)餾的類型可分為：

(1)直接接觸(chu)式膜蒸餾(水吸式或外冷(leng)式(DCMD ) (見圖2)

該組件內，膜(mo)(mo)兩側的(de)(de)液(ye)體直接與膜(mo)(mo)面接觸。其一(yi)面是(shi)經過(guo)加熱(re)(re)的(de)(de)原溶(rong)液(ye)為(wei)熱(re)(re)側，另一(yi)面是(shi)冷(leng)卻水(shui)為(wei)冷(leng)側，膜(mo)(mo)孔(kong)內為(wei)汽相(蒸(zheng)氣(qi)和(he)(he)空氣(qi))，在熱(re)(re)側膜(mo)(mo)面上生成的(de)(de)水(shui)蒸(zheng)氣(qi)透過(guo)膜(mo)(mo)至冷(leng)側凝結成水(shui)，并(bing)和(he)(he)冷(leng)卻水(shui)合而為(wei)一(yi)。

(2)氣隙式(shi)膜蒸(zheng)餾(內(nei)冷式(shi))(AGMD) (見圖1)

該組(zu)件(jian)內(nei)，膜(mo)的冷側(ce)裝(zhuang)(zhuang)有冷卻(que)板，在(zai)其間(jian)就是(shi)氣隙(xi)(xi)室(shi)。當熱(re)側(ce)水蒸氣透過膜(mo)在(zai)氣隙(xi)(xi)室(shi)擴(kuo)散(san)遇冷壁(bi)凝結(jie)成(cheng)液態導(dao)(dao)出，而冷卻(que)水在(zai)組(zu)件(jian)內(nei)部降溫。凝結(jie)水和(he)冷卻(que)水各有通道，互不(bu)混合(he)。和(he)直接接觸膜(mo)蒸餾(liu)組(zu)件(jian)相反，蒸發(fa)面(mian)和(he)冷卻(que)面(mian)之間(jian)有一定距離(氣隙(xi)(xi)室(shi)寬(kuan)度(du))，這樣通量(liang)和(he)熱(re)傳(chuan)導(dao)(dao)均(jun)受(shou)到(dao)了(le)阻力。其優點是(shi)熱(re)量(liang)損失小，熱(re)效率高;不(bu)需另加熱(re)能(neng)回收裝(zhuang)(zhuang)置。缺(que)點是(shi)組(zu)件(jian)結(jie)構(gou)較直接法復雜;其膜(mo)通量(liang)比直接法小。

(3)掃氣式膜蒸餾(見(jian)圖3)

該(gai)組(zu)件(jian)(jian)內，膜(mo)的冷側(ce)通(tong)常以隋性氣(qi)體(如氮氣(qi)等)作載體，將透過膜(mo)的水蒸氣(qi)帶至組(zu)件(jian)(jian)外冷凝。

(4)減壓膜(mo)蒸餾

與氣(qi)隙式(shi)膜蒸餾相類似，只是將冷側施以低壓(ya)處理。

膜蒸餾技術(shu)的特點

1膜蒸餾(liu)的優點

(1)該過(guo)程幾乎在(zai)(zai)常壓下進行，設(she)備(bei)簡(jian)(jian)單、操作簡(jian)(jian)便，在(zai)(zai)技術力(li)量較弱的地區也有(you)可能實現。

(2)在該(gai)過程中無需(xu)把溶(rong)液加熱(re)到(dao)沸點，只要膜兩側維持(chi)適當(dang)的(de)溫差，該(gai)過程便可以運行，這就有可能(neng)利(li)用太陽能(neng)、地熱(re)、溫泉等廉價(jia)的(de)天然能(neng)源(yuan)以及工廠的(de)余熱(re)等，對在能(neng)源(yuan)日(ri)趨緊(jin)張的(de)情況下，利(li)廢(fei)節能(neng)是很(hen)有意義的(de)。

(3)在非(fei)揮發性溶質(zhi)水(shui)(shui)溶液的膜蒸餾過(guo)程(cheng)中，因為只有水(shui)(shui)蒸氣能透(tou)過(guo)膜孔(kong)，所(suo)以(yi)蒸餾十分純(chun)凈，有望成為大規模低成本制備超純(chun)水(shui)(shui)的手段。

(4)膜蒸(zheng)餾耐腐蝕、抗輻射，故(gu)能(neng)處理(li)酸性、堿性和有放射性的(de)溶液(ye)。

(5)膜(mo)蒸(zheng)餾組(zu)件很容易設(she)計成潛熱回收的(de)(de)形式，可(ke)進一(yi)步(bu)降低能耗。膜(mo)蒸(zheng)餾可(ke)廣(guang)泛應用于(yu)海水(shui)和(he)苦咸水(shui)淡化，污(wu)水(shui)和(he)工(gong)(gong)業廢水(shui)的(de)(de)處理，非揮發性酸(suan)、堿性溶液、揮發性溶液的(de)(de)濃縮和(he)提純(chun)以(yi)及在醫藥、食(shi)品加工(gong)(gong)等方(fang)面的(de)(de)應用。

2膜蒸餾的(de)主要缺點

(1)膜成(cheng)本高蒸(zheng)餾(liu)通量小;(2)由(you)于溫(wen)度極化(hua)和濃(nong)度極化(hua)的(de)影(ying)響(xiang)，運(yun)行(xing)狀態不穩定;(3)研(yan)(yan)究(jiu)工作多(duo)處于實驗階段，對傳質和傳熱機理(li)及參數(shu)影(ying)響(xiang)的(de)定量分析還很不夠;(4)研(yan)(yan)究(jiu)所用物料(liao)一(yi)般(ban)都是簡單(dan)的(de)水(shui)溶液(ye)，對一(yi)些工業廢水(shui)的(de)研(yan)(yan)究(jiu)甚少，同(tong)時可以查(cha)看(kan)中國污水(shui)處理(li)工程(cheng)網更多(duo)關于膜蒸(zheng)餾(liu)技術的(de)技術文檔。

膜蒸餾過程的機理

膜(mo)蒸(zheng)餾過(guo)程是傳(chuan)(chuan)(chuan)熱與傳(chuan)(chuan)(chuan)質的偶合過(guo)程，并且這兩種傳(chuan)(chuan)(chuan)遞(di)(di)過(guo)程都分(fen)別由邊(bian)界層內的傳(chuan)(chuan)(chuan)遞(di)(di)和(he)跨膜(mo)傳(chuan)(chuan)(chuan)遞(di)(di)兩部分(fen)組(zu)成(cheng)，因此(ci)傳(chuan)(chuan)(chuan)熱和(he)傳(chuan)(chuan)(chuan)質之間的關系比較復雜(za)。

1 質量傳遞

在(zai)(zai)膜(mo)蒸餾過(guo)程中(zhong)，當料(liao)(liao)液(ye)(ye)(ye)流過(guo)膜(mo)表面時(shi)，難(nan)揮(hui)發(fa)(fa)的(de)(de)物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)被截留，而易揮(hui)發(fa)(fa)的(de)(de)物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(通(tong)常(chang)為水(shui))以蒸氣的(de)(de)形式(shi)透過(guo)膜(mo)，導致難(nan)揮(hui)發(fa)(fa)物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)在(zai)(zai)膜(mo)表面處的(de)(de)濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)高于(yu)其(qi)在(zai)(zai)料(liao)(liao)液(ye)(ye)(ye)主(zhu)(zhu)體中(zhong)濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)極化現象。Martlnez通(tong)過(guo)計算(suan)發(fa)(fa)現，在(zai)(zai)料(liao)(liao)液(ye)(ye)(ye)流速和溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)相同的(de)(de)情況(kuang)下，分別(bie)以4mol/L的(de)(de)NaCl水(shui)溶液(ye)(ye)(ye)以及40%的(de)(de)蔗糖溶液(ye)(ye)(ye)為料(liao)(liao)液(ye)(ye)(ye)時(shi)，其(qi)通(tong)量均與以純(chun)水(shui)為料(liao)(liao)液(ye)(ye)(ye)存在(zai)(zai)較大(da)差異。作者認為前(qian)者主(zhu)(zhu)要歸因(yin)于(yu)隨著NaCl濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)升高，水(shui)的(de)(de)活度(du)(du)(du)(du)(du)降低，后者則主(zhu)(zhu)要歸因(yin)于(yu)溫(wen)(wen)差與濃(nong)(nong)差極化。Peng Ping等在(zai)(zai)研究中(zhong)發(fa)(fa)現，當水(shui)溶液(ye)(ye)(ye)中(zhong)NaCl的(de)(de)濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)為20%時(shi)，水(shui)通(tong)量是純(chun)水(shui)通(tong)量的(de)(de)64%。Alklaibi的(de)(de)實(shi)驗結果(guo)表明，鹽溶液(ye)(ye)(ye)的(de)(de)濃(nong)(nong)度(du)(du)(du)(du)(du)從2%增加到(dao)5%，通(tong)量下降16%。

就理論上而(er)言，濃(nong)度(du)(du)極(ji)化(hua)會削弱濃(nong)度(du)(du)邊界(jie)層內的(de)(de)(de)傳質推動力，從而(er)使MD過(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)跨膜(mo)通量減小(xiao)，但(dan)若揮(hui)發性(xing)組(zu)分的(de)(de)(de)蒸(zheng)汽(qi)壓隨(sui)溶質濃(nong)度(du)(du)的(de)(de)(de)升高下降不明顯，濃(nong)度(du)(du)極(ji)化(hua)對跨膜(mo)通量的(de)(de)(de)影響可以忽略。濃(nong)度(du)(du)極(ji)化(hua)對膜(mo)蒸(zheng)餾(liu)過(guo)程(cheng)影響的(de)(de)(de)另一方面是(shi)當(dang)膜(mo)表面處溶質濃(nong)度(du)(du)高至一定程(cheng)度(du)(du)將會導致膜(mo)被潤濕。

膜(mo)蒸餾(liu)的(de)(de)跨膜(mo)傳(chuan)質(zhi)過(guo)(guo)程(cheng)包括揮發性組(zu)分(通(tong)常為水(shui))在熱側(ce)濃度(du)邊(bian)界層內的(de)(de)傳(chuan)遞及其在膜(mo)孔(kong)內的(de)(de)傳(chuan)遞過(guo)(guo)程(cheng)。對于在膜(mo)孔(kong)內進行的(de)(de)跨膜(mo)傳(chuan)質(zhi)過(guo)(guo)程(cheng)，眾多研究者均采(cai)用如下(xia)簡化形式來描述跨膜(mo)通(tong)量(liang)從即認為它(ta)與水(shui)的(de)(de)跨膜(mo)蒸氣壓(ya)差(cha)成(cheng)正比：

N=C(ptfm～Ptpm) (1)

式中(zhong)，C為滲透系數(shu)(shu)或(huo)(huo)傳(chuan)質系數(shu)(shu);tfm和(he)tpm分(fen)別為進料(liao)側及滲出側膜表面的(de)溫度。文獻中(zhong)出現MD跨(kua)膜傳(chuan)質機理通常包括：黏(nian)性(xing)(xing)流(liu)動、Kundsen擴(kuo)散和(he)分(fen)子擴(kuo)散或(huo)(huo)它們之間的(de)組合， 即Molecular&Knudsen擴(kuo)散模(mo)(mo)型(xing)、Knudsen擴(kuo)散-黏(nian)性(xing)(xing)流(liu)動模(mo)(mo)型(xing)及Knudsen&Molecular擴(kuo)散-黏(nian)性(xing)(xing)流(liu)動模(mo)(mo)型(xing)。

Phattaranawik等(deng)提出了傳遞(di)區域的(de)概念，將(jiang)DCMD傳質(zhi)過(guo)程中(zhong)膜(mo)(mo)內按(an)照孔徑分(fen)布劃分(fen)成Knudson擴散(san)(san)區和(he)(he)過(guo)渡區，并(bing)認為(wei)過(guo)渡區對(dui)傳質(zhi)起(qi)到了主(zhu)要作(zuo)用(yong)。通過(guo)計算和(he)(he)實驗結(jie)果的(de)對(dui)比(bi)發現，膜(mo)(mo)的(de)孔徑分(fen)布和(he)(he)傳質(zhi)過(guo)程膜(mo)(mo)中(zhong)空(kong)氣反方向分(fen)子擴散(san)(san)通量(liang)對(dui)DCMD通量(liang)的(de)影響并(bing)不顯(xian)著。Lawson等(deng)在通過(guo)模型預測VMD過(guo)程的(de)通量(liang)時，將(jiang)傳遞(di)過(guo)程看作(zuo)Knudson擴散(san)(san)和(he)(he)黏性流(liu)動兩(liang)種機理共同作(zuo)用(yong)的(de)結(jie)果。Ding等(deng)提出了三參(can)數模型預測直接接觸式膜(mo)(mo)蒸(zheng)餾系(xi)數和(he)(he)MD的(de)通量(liang)，稱為(wei)Knudsen擴散(san)(san)-分(fen)子擴散(san)(san)-Poiseuille流(liu)動傳遞(di)模型(KMPT)，并(bing)考察了中(zhong)空(kong)纖維膜(mo)(mo)組件中(zhong)纖維絲(si)隨機分(fen)布所造成的(de)溝(gou)流(liu)效應對(dui)膜(mo)(mo)蒸(zheng)餾組件通量(liang)的(de)影響，結(jie)果發現溝(gou)流(liu)效應的(de)存在使膜(mo)(mo)組件的(de)通量(liang)大大降低。

研究(jiu)者們通過(guo)上述傳質(zhi)機理建(jian)立跨(kua)膜(mo)傳質(zhi)模(mo)型(xing)(xing)，對傳質(zhi)模(mo)型(xing)(xing)中跨(kua)膜(mo)傳質(zhi)系數(shu)(shu)(shu)的確(que)定(ding)可歸結(jie)為兩種(zhong)方法(fa)：一是通過(guo)確(que)定(ding)膜(mo)的空隙率、曲(qu)率因(yin)子、平均孔徑及膜(mo)厚等結(jie)構(gou)參(can)數(shu)(shu)(shu)，由經驗(yan)(yan)公式關聯;另一種(zhong)方法(fa)是結(jie)合對膜(mo)兩側壁溫和水蒸氣(qi)分壓的計(ji)算(suan)，通過(guo)測定(ding)通量，對實(shi)(shi)驗(yan)(yan)數(shu)(shu)(shu)據的非線性回歸得到。傳質(zhi)系數(shu)(shu)(shu)確(que)定(ding)后，再反(fan)過(guo)來(lai)計(ji)算(suan)膜(mo)蒸餾通量，因(yin)此，模(mo)擬(ni)計(ji)算(suan)結(jie)果(guo)與(yu)實(shi)(shi)驗(yan)(yan)結(jie)果(guo)通常能夠(gou)較好的吻合。

2 熱量傳遞

由(you)于(yu)(yu)熱邊界層的(de)(de)存在，料液側(ce)膜(mo)表面處的(de)(de)溫(wen)度(du)低于(yu)(yu)料液主(zhu)體(ti)(ti)的(de)(de)溫(wen)度(du)，滲透液側(ce)膜(mo)表面的(de)(de)溫(wen)度(du)高于(yu)(yu)滲透液主(zhu)體(ti)(ti)的(de)(de)溫(wen)度(du)，造成溫(wen)度(du)極化現象。溫(wen)度(du)極化是影(ying)響(xiang)MD過(guo)程(cheng)熱效率的(de)(de)重要因(yin)素(su)，通常定義溫(wen)度(du)極化系數Θ用以衡量MD過(guo)程(cheng)對外加(jia)推動力的(de)(de)利用程(cheng)度(du)。

Θ=(Tfm-Tpm)/(Tf-Tp) (2)

優良的MD系(xi)統要求(qiu)邊界層的傳熱情況達到最佳，即Θ應接(jie)近于1(通(tong)常在(zai)0.4～0.6)。Schofield等(deng)將MD系(xi)統的Θ值(zhi)提(ti)(ti)(ti)高至0.65;Lawson通(tong)過采用(yong)性能(neng)優良的膜及優化組(zu)件設計，將Θ值(zhi)提(ti)(ti)(ti)高至0.8左右;Martinez等(deng)也通(tong)過使用(yong)特殊(shu)結構(gou)的支承網令(ling)Θ值(zhi)大大提(ti)(ti)(ti)高。

膜(mo)(mo)(mo)蒸餾(liu)(liu)過(guo)(guo)程(cheng)中的熱(re)(re)(re)量傳(chuan)(chuan)遞主(zhu)要由汽化潛熱(re)(re)(re)和(he)跨膜(mo)(mo)(mo)熱(re)(re)(re)傳(chuan)(chuan)導兩部(bu)分(fen)。丁(ding)忠偉等通(tong)過(guo)(guo)對(dui)膜(mo)(mo)(mo)兩側進行熱(re)(re)(re)量衡(heng)算，并假設傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)為(wei)穩態過(guo)(guo)程(cheng)，得到了流(liu)體在膜(mo)(mo)(mo)兩側表(biao)面溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)的表(biao)達式(shi)(shi)。閻(yan)建民等針對(dui)氣隙式(shi)(shi)膜(mo)(mo)(mo)組(zu)件給(gei)出(chu)了熱(re)(re)(re)邊界層內傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)系數的經驗關(guan)聯式(shi)(shi)。Rodriguez-Maroto等針對(dui)直接接觸(chu)式(shi)(shi)膜(mo)(mo)(mo)蒸餾(liu)(liu)組(zu)件給(gei)出(chu)了流(liu)道內的速度(du)(du)和(he)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)分(fen)布(bu)曲(qu)線，將流(liu)道內的溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)分(fen)布(bu)表(biao)示(shi)為(wei)由膜(mo)(mo)(mo)組(zu)件入口和(he)出(chu)口處測得的溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)的函(han)數，通(tong)過(guo)(guo)對(dui)計算值和(he)實(shi)驗值的比較指(zhi)出(chu)，當工作流(liu)體溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)較高且做層流(liu)流(liu)動的情況(kuang)下，用分(fen)別(bie)測得的組(zu)件進、出(chu)口處的溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)來表(biao)示(shi)膜(mo)(mo)(mo)兩側的主(zhu)體溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)存在著較大的誤差。Phattaranawik等對(dui)直接接觸(chu)式(shi)(shi)膜(mo)(mo)(mo)蒸餾(liu)(liu)研究表(biao)明(ming)，強(qiang)化傳(chuan)(chuan)質對(dui)傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)系數的影(ying)響可(ke)以忽略，料液的溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)對(dui)傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)起較大的作用。

膜蒸餾(liu)過程(cheng)組件(jian)

膜(mo)(mo)蒸餾過程可能采用(yong)的(de)組(zu)(zu)件(jian)形式(shi)有(you)板(ban)(框)式(shi)、卷式(shi)、管式(shi)和中(zhong)空(kong)纖(xian)(xian)維(wei)式(shi)。其中(zhong)，由于平板(ban)膜(mo)(mo)易于清洗、檢查或更換(huan)，大多數實(shi)驗(yan)室規(gui)模的(de)膜(mo)(mo)組(zu)(zu)件(jian)采用(yong)板(ban)式(shi)膜(mo)(mo)組(zu)(zu)件(jian)。管式(shi)或中(zhong)空(kong)纖(xian)(xian)維(wei)膜(mo)(mo)組(zu)(zu)件(jian)通常作為組(zu)(zu)件(jian)的(de)固定部分而不易更換(huan)，但在工業應用(yong)中(zhong)，由于中(zhong)空(kong)纖(xian)(xian)維(wei)膜(mo)(mo)不需額外支撐部件(jian)，邊界(jie)層阻力比板(ban)式(shi)膜(mo)(mo)組(zu)(zu)件(jian)小(xiao)，同(tong)時還具有(you)更大的(de)膜(mo)(mo)比表面積，生產(chan)能力更高，因此(ci)中(zhong)空(kong)纖(xian)(xian)維(wei)膜(mo)(mo)組(zu)(zu)件(jian)比板(ban)式(shi)膜(mo)(mo)組(zu)(zu)件(jian)更具吸引力。

Schofield等(deng)針對(dui)(dui)幾種形式(shi)的(de)組件(jian)研究(jiu)(jiu)了其(qi)溫度(du)極化，結果表明，湍流流動(dong)下(xia)的(de)管(guan)式(shi)膜內或層流流動(dong)下(xia)的(de)中空(kong)纖(xian)維(wei)(wei)膜內的(de)溫度(du)極化最弱;板框式(shi)組件(jian)中溫度(du)極化較強，攪拌(ban)槽中溫度(du)極化最強。David Wirth等(deng)對(dui)(dui)海水脫鹽的(de)VMD中空(kong)纖(xian)維(wei)(wei)膜組件(jian)的(de)管(guan)程(cheng)進(jin)料(liao)和殼程(cheng)進(jin)料(liao)進(jin)行了研究(jiu)(jiu)發現，對(dui)(dui)于PVDF中空(kong)纖(xian)維(wei)(wei)膜而言，管(guan)程(cheng)進(jin)料(liao)和殼程(cheng)進(jin)料(liao)對(dui)(dui)傳熱系數、滲透率和水通量基本無影響。

Li Baoan等用矩形膜(mo)蒸(zheng)餾(liu)組(zu)(zu)件(jian)，采用表面涂上不同多孔等離子聚合(he)硅樹脂(zhi)含氟聚合(he)物涂層的(de)疏(shu)水(shui)性多孔PP中(zhong)(zhong)空纖維(wei)膜(mo)，對真(zhen)空膜(mo)蒸(zheng)餾(liu)過程進行(xing)研究。實驗結果表明，同一膜(mo)組(zu)(zu)件(jian)，對于(yu)殼程進料而言，料液相對于(yu)中(zhong)(zhong)空纖維(wei)膜(mo)錯流(liu)流(liu)動的(de)水(shui)通(tong)量(liang)[65.0 kg/(m2?h)]遠遠大于(yu)平(ping)行(xing)流(liu)動的(de)水(shui)通(tong)量(liang)[15.6kg/(m2?h)]。

閻建民對中(zhong)(zhong)空纖維式膜組(zu)(zu)件中(zhong)(zhong)中(zhong)(zhong)空纖維膜的(de)結構參(can)數進行優化指(zhi)出，為獲得最(zui)(zui)大的(de)MD通量，膜的(de)厚度(du)、孔徑和長度(du)存在最(zui)(zui)佳值。隨著膜組(zu)(zu)件封裝分率(lv)的(de)增(zeng)加，通量下降，單位時間餾出量上升。

綜上所述(shu)，膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)蒸餾(liu)(liu)的種類及組件組裝結構的不同(tong)，會對(dui)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)蒸餾(liu)(liu)效果，尤其(qi)是(shi)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)蒸餾(liu)(liu)通量(liang)的大(da)小產生(sheng)比(bi)較大(da)的影響，但對(dui)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)通量(liang)大(da)小起(qi)決(jue)定(ding)作用的是(shi)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)蒸餾(liu)(liu)用膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的性質。

膜蒸餾(liu)的工藝(yi)指(zhi)標及影響因素

1　截留率

從理論上(shang)講,對不(bu)揮發性溶質(zhi)而言其截留(liu)率(lv)應 為100%,但實際上(shang)往(wang)往(wang)達不(bu)到100%.其原因有(you)兩 方(fang)面,一方(fang)面是膜的缺陷,如孔(kong)隙大小分(fen)布很寬,有(you) 部(bu)(bu)分(fen)孔(kong)隙太大或膜有(you)針(zhen)孔(kong)、裂(lie)紋等;其二是運(yun)行過(guo)程 中膜發生“濕化”現象(xiang),即疏水性局(ju)部(bu)(bu)喪失使溶液通 過(guo)了膜孔(kong).

水通量

影響水通(tong)量的因(yin)素有:

1)溶液濃(nong)度:一般情況下(xia),溶液濃(nong)度高,水(shui)平衡(heng)分壓小(xiao),水(shui)蒸氣通(tong)量小(xiao),因(yin)此隨著熱側溶液的不斷(duan)濃(nong)縮,水(shui)通(tong)量漸漸下(xia)降(jiang).

2)膜兩側之溫(wen)差(cha):溫(wen)差(cha)大,則傳(chuan)質推(tui)動力也大, 水的通量增加.

3)溶液的流動狀(zhuang)態:隨兩側流動狀(zhuang)態的改善, 膜兩側之溫差會增加(jia),蒸汽壓差也(ye)會相應(ying)增加(jia),水通量亦相應(ying)提高.

4)膜(mo)的疏水性及結構參數(shu)的影(ying)響(xiang):包括孔徑、 孔隙率、膜(mo)厚(hou)和膜(mo)孔的彎曲因子。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”

相關文章