减压膜蒸馏技术及其在环保领域中的应用

环

境工程

文章编号:1002-1124(2005)05-0032-04

减压膜蒸馏技术

及其在环保领域中的应用

范荣玉1,郑细鸣2

(1.福建南平师范高等专科学校化学与环境工程系,福建南平353000;2.华南理工大学化工与能源学院,广东广州510640)

摘 要:减压膜蒸馏是一种新型的膜分离技术。本文主要对减压膜蒸馏过程的机理、用膜材料、提高蒸馏性能的措施及在环保中的应用进行评述。

关键词:减压膜蒸馏;机理;应用中图分类号:X78 文献标识码:A

Vacuum membrane distillation and its application in environmental protection

FAN Rong-yu 1,Z HENG Xi-ming 2

(1.Department of Chemis try and Envi ronment Engineering,Nanping Teachers College,Nanpi ng 353000,Chi na;

2.College of Chemical and Energy Engineeri ng of SCU T,Guangzhou 510640,China)

Abstract:Vacuum membrane distillati on (VMD)is a new membrane separation technique.Thi s paper discussed the mechanis m of VMD,materials and measures for improving di stillation performance.The applications of VMD in environ ment protection field were also in troduced.

Key words:vacuu m membrane distillation;mechanism;application

收稿日期:2005-03-25

作者简介:范荣玉(1970-),女,讲师,硕士研究生。主要从事环境

化工方面的研究工作。

膜蒸馏(MD)提出于1967年[1],20世纪80年代开始发展,至今已在不少领域取得可喜的研究成果,

特别是近年来适用于蒸馏的疏水膜研制成功,使膜蒸馏过程的开发和应用得到了进一步的发展。

根据膜下游侧冷凝方式的不同,膜蒸馏可分为4种形式:直接接触膜蒸馏(DC MD)、气隙式膜蒸馏(AGMD)、气扫式膜蒸馏(SGMD)和减压膜蒸馏(VMD)。直接接触膜蒸馏热利用效率较低,提供给进料溶液的很大一部分热量在穿过膜时由热传导损失掉了。气隙式膜蒸馏虽通过在膜的透过物侧和冷凝表面间加一气隙解决了这个问题,但同时也增加了传质阻力。气扫式膜蒸馏是将气体(如N 2)吹过膜表面,使透过物在膜组件外部冷凝,所以,它与直接接触膜蒸馏和气隙式膜蒸馏相比,热传导损失和传质阻力都较小,但因为很少量的透过物会在很大的流动空气中蒸发,所以气扫式膜蒸馏构型中的冷凝器必须做更多的功。而减压膜蒸馏与以上3种膜蒸馏相比,却不存在这些缺陷。虽然减压膜蒸馏起步较晚,但它具有广阔的发展前景。

1 减压膜蒸馏的原理及特点

减压膜蒸馏所用的膜为疏水性微孔膜。在料液侧,膜直接与所处理的料液接触,料液流经膜面时,其中挥发性组分部分汽化,同时,由于膜材料的疏水性,只要膜两侧的压差不超过液体透过临界压力,液体就不能透过膜孔;另一方面,利用真空泵使减压侧压力低于料液侧挥发性组分平衡蒸汽压,在传质推动力即压差的作用下,蒸汽透过膜孔进入减压侧。减压膜蒸馏就是利用料液中不同组分挥发性的不同而达到分离的目的。见图1。

T b 主体料液温度 T 1 边界层温度 C o 主体料液溶质浓度 C 1 边界层溶质浓度 P 1 料液侧挥发性组分蒸汽压 P 2 减压侧压力 J 蒸馏通量

图1 减压膜蒸馏示意图

在减压膜蒸馏体系中,下游侧采用低压(抽空),渗透冷凝作用发生在组件的外部。与渗透汽化很相似,它们都有相变的过程,但它们也有本质的区别。

Sum 116No 5

化学工程师

Chemical Engineer

2005年5月

VMD与渗透汽化的根本区别在于膜在分离中所起的作用不同。渗透汽化使用的膜是稠密的匀质膜,其传质方式为溶解-扩散,传质推动力为膜两侧的流体静压差,分离程度取决于各组分在膜材料上的溶解性和挥发性;而减压膜蒸馏使用的是疏水性微孔膜,传质推动力为膜两侧的压差,传质方式为蒸汽在膜孔中通过,膜内不发生任何溶解现象,膜仅作为汽液界面的支撑及膜两侧的屏障,其本身对分离不起作用,分离程度主要取决于膜-溶液界面的气-液平衡条件。因此,VMD常可得到比渗透汽化大几个数量级的膜通量[2]。VMD由于其冷侧膜面是与稀薄气体而不是与液体直接接触,因而,也就具有了气隙式膜蒸馏的优点,即通过膜的热传导损失可以忽略。与传统的膜蒸馏相比,由于有真空系统提供增强驱动力,而使其可以在较低的温度下进行,通常低于50~60 ,从而在热敏性物质分离领域具有独特的优越性。此外,减压膜蒸馏还具有分离效率高,分离费用也可和其它膜蒸馏相比[3]等特点。

2 减压膜蒸馏用的膜

减压膜蒸馏采用的膜要具有较强的疏水性、适当的膜孔径(微孔直径一般在0.1~ 1.0 m之间)、高的孔隙率(孔隙率在50%以上)和较好的耐热性。实验室研究采用的膜一般为平板型,而实际工业应用所采用的减压膜蒸馏装置有内冷的或外冷的板框式、卷式、管式和中空纤维式等。为了制备疏水性的膜,常采用疏水性高分子材料,如聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚偏氟乙烯(P VDF)等,制备工艺可采用相转化法、拉伸致密膜法[4]、表面改性法[5]、共混改性法[6]、复合膜法[7]等。但与亲水性膜相比,材料品种和制膜工艺都十分有限,因此,人们对膜材料的改性进行了大量的研究[8,9]。但近几年的有关文献报道基本上集中在PVDF膜上,原因之一是PVDF膜易于制备,可开发的潜力较大。另外,PVDF的疏水性、耐热性和可溶性使之成为膜蒸馏的理想膜材料。为提高膜的疏水性,简化膜的后处理工序,孔瑛[10]等人采用易于去除的无机盐LiCl作添加剂来制备PVDF膜,结果表明,所制备的膜具有高孔隙率,低孔径和高除盐率的特点,膜的疏水性也有明显的提高,膜的形态结构则发生了明显的变化,兼有指状结构和海绵结构。

3 减压蒸馏的传质、传热机理

3.1 传热机理

减压膜蒸馏是传质传热同时进行的过程。减压膜蒸馏过程的热量传递相应地分为5步完成:(1)热量从热溶液的主体通过边界层传递到热侧膜表面;(2)在热侧膜面处部分热量提供汽化所需的汽化热;(3)热量从热侧膜面传递到冷侧膜面;(4)在膜面冷侧水蒸汽冷凝放出汽化热;(5)热量从冷侧膜面传递到冷凝系统。

其中,(2),(4)两步很快,可以认为瞬间完成,而

(1),(5)两步的传热速率分别为:

d Q= h(T h-T mh)d A

d Q= c(T c-T mc)d A

式中 h、 c:分别为膜面热、冷侧的对流传热系数; T h、T c:分别为热、冷侧液体的本体温度。T mh、T mc:分别为热、冷侧膜面温度。

(3)到达膜表面的热量有两种方式通过膜微孔,一种是通过膜材料本身和膜孔内气体以热传导方式进行:

d Q=m(T mh-T mh)d A/!

m

=?a+(1-?)p

式中 m:膜的导热系数;a:空气的导热系数;p:膜材料的导热系数。

另外一种是伴随着蒸汽的流动以汽化潜热的形式进行:

d Q=H v J d A=H v d G

式中 H v:水的蒸发潜热;J:水通量。

3.2 传质机理

质量传递是指水分子从热侧传到冷侧的过程,可分为4个过程:

(1)水分子从热溶液本体传递到热侧膜面,该步骤的传质速率为:

d G=K(C-C m)d#

式中 C、C m:分别为溶液本体和膜面处溶液的浓度;K:传质系数;d G:膜表面传质速率;d#:微元膜面的面积。

(2)水在热侧膜面汽化,该步骤很快。

(3)水蒸汽从膜的热侧通过膜孔扩散到膜的冷侧。根据气体分子的平均运动自由程与膜孔径的相对大小,气体在膜孔中的传递过程主要存在3种机理:分别为粘性(Viscous)流机理;努森(Knudsen)扩散机理;过渡流机理。

当毛细孔直径远大于分子的平均运动自由程时,气体在多孔介质中的扩散为粘性(Viscous)扩散,传递过程的阻力主要是渗透分子之间的碰撞,而分子与孔壁面的碰撞很少发生,此时的传质速率为:

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2005年第5期 范荣玉等:减压膜蒸馏技术及其在环保领域中的应用

d G=K P P?P d A/!

K P=(r2?/%)(1/&)(M/8R T)

式中 T:热力学温度;r:孔径;R:气体常数;M:气体摩尔质量;&:粘度;P:膜内平均压强;!:膜厚度; %:膜孔曲折度;K P:膜渗透系数,与温度、膜孔隙率和膜孔曲折率有关。

当膜孔径远小于扩散分子的平均运动自由程时,气体在多孔介质中的扩散为努森(Knudsen)扩散。此时,传递过程的阻力主要是蒸汽分子与膜孔壁之间的碰撞,传质速率为:

d G=K k?P d A/!

K k=(4r?/3%)(2M/?R T)1/2

当分子的平均自由程与膜孔径大小相当时,上述两种机理均不能代表真实的渗透机理,因此,提出了包含努森流和粘性流的过渡流机理[11],传质速率为:

d G=(1/R T!)[k0(8RT/?Mi)1/2?p i+B0(P i/ )?P]d A

式中 T:膜两侧的平均温度; :气体粘度;P:总压力;P i:i组分的分压;常数k0、B0:膜常数。

(4)水蒸汽在冷凝系统中冷凝下来。

4 提高减压膜蒸馏性能的措施

4.1 减小浓度极化和温度极化

减压膜蒸馏过程中,在汽液界面上,溶液的温度和浓度均与主体料液不同,汽液界面上溶液的温度比主体溶液的温度低,浓度比主体溶液的浓度低,这就是减压膜蒸馏过程的温度极化和浓度极化。两种极化都会使膜两侧的蒸汽压差降低,从而导致渗透通量下降。从膜蒸馏的传质机理分析,改变料液的流动状态,减小浓度极化和温度极化的措施都有利于提高膜蒸馏通量。Bandini S等[12]采用增大进料流速来增大热流体的湍流程度,使层流边界层厚度减小,从而减小了边界层浓差极化和温度极化,使热流体的扩散系数增大,提高了过程的传热和传质。Martinez等人[13]在料液的流道中放置隔离物,使通量提高31%~41%。Narayan等人[14]采用超声波技术使不同体系的渗透蒸馏通量提高22%~205%。

4.2 料液中加盐

对于回收挥发性溶质的膜蒸馏过程,可以在料液中加入盐类降低水的蒸汽压,从而提高挥发组份的透过通量。如唐建军等人[15]在用减压膜蒸馏回收HCl的实验中也发现,料液中AlCl3的存在增加了HCl的透过量。

4.3 选择合适的操作条件

冷侧压力对膜分离性能有重要影响,随着冷侧真空度的减小,即冷侧压力的增大,膜通量和膜截留率都降低,因此,在冷侧压力大于膜表面水蒸汽的临界压力时,降低冷侧压力有利于膜截留率和膜通量的提高[16];提高温度,可减小流体粘度,降低了液膜阻力,从而提高传质系数;对于易挥发组分,随着浓度的提高,膜通量和截留率都随之提高[17];而对于难挥发组分,随着进料浓度的增大,膜通量下降,这是因为随着进料浓度的增大,水的饱和蒸汽压下降,分离过程推动力降低,从而不利于分离[18];操作方式对通量有明显影响,Wirth等人[19]在水溶液脱盐实验中,对内进/外抽和外进/内抽两种操作方式的总传热系数和总传质系数进行对比,认为外进/内抽式操作更有工业生产的价值。

4.4 改善膜性能

减压膜蒸馏过程对膜材料及微孔膜首要的要求是其具有疏水性,膜材料疏水性越好,用于减压膜蒸馏时的性能就越好;膜孔性能是影响膜蒸馏过程中通量和截留率的另一个重要因素。增大孔径和孔隙率,将对通量的增大有利。Li等[20]的研究表明,具有较大微孔直径和较高的孔隙率的聚乙烯膜在相同操作条件下具有较高的透过通量;膜的装填密度对减压蒸馏的性能也会产生影响,朱宝库等[21]的研究发现,装填密度较低时膜两侧的压差较大,导致透过通量较大。

5 减压膜蒸馏在环保中的应用

5.1 处理挥发性有机物废水

用膜蒸馏处理挥发性有机物废水流程简单,膜组件简洁紧凑,易于自动化操作,维护方便,无二次污染,可使用低品位能源,是一种十分有前途的分离方法。沈志松[22]用减压膜蒸馏技术处理丙烯腈废水,废水中丙烯腈的去除率在98%以上,出水浓度低于5mg!L-1,达到排放要求。刘金山等[23]用减压膜蒸馏法处理含甲醇废水,浓度高达10mg!mL-1的甲醇水溶液经处理后可降至0.03mg!mL-1以下。

5.2 处理含重金属的工业废水

减压膜蒸馏法处理含重金属工业废水,不仅无新的污染源产生,而且可望能将浓缩的重金属回收利用,以保持其较高的使用价值。杜军等[18]研究Cr (?)的VMD过程,结果表明,经过VMD技术处理,

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含Cr(?)的溶液可以达到国家Cr(?)0 5mg!L-1的排放标准。

5.3 回收废水中的有用成分

应用VMD可对工业废弃物中的有用成分进行浓缩和回收,达到变废为宝的目的。李潜等[24]应用VMD直接对生产钛白的废硫酸进行浓缩,18%左右的钛白废酸直接浓缩可达到31%~32%。唐建军等[15]回收稀土氯化物溶液中的盐酸,过程中稀土的截留率大于98%,在减压侧可得到较纯的盐酸。5.4 海水或苦咸水的淡化

与传统的海水淡化方式(蒸馏法和反渗透法)相比,VMD过程还是一种新的分离技术,不但具有很高的脱盐率和浓缩比,且具有设备简单、操作容易、膜使用寿命长、能耗低等优点。于德贤等[25]研制了聚偏氟乙烯中空纤维微孔膜,并用减压膜蒸馏技术进行了海水淡化实验室试验及中间试验,海水温度在55 ,经一次过程,脱盐率大于99.7%,膜通量大于5kg!(m2!h)-1。涂正环等[26]用减压膜蒸馏法进行了咸水淡化实验,结果表明:减压膜蒸馏截留率高,馏出水电导率与实验用去离子水电导率相当,达到了高纯度的要求。

6 结语

VMD作为一种新型的膜分离技术,其理论尚处于初始阶段,应用开发研究也还处于实验室研究阶段,但已显示了良好的应用前景。相信随着高分子材料及制膜工艺的进一步发展,对过程机理的进一步认识,VMD技术一定能在环境保护方面发挥重要的作用。

参 考 文 献

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2005年第5期 范荣玉等:减压膜蒸馏技术及其在环保领域中的应用

膜蒸馏的现状及发展前景综述

膜蒸馏的现状及发展前景综述 刘凡10991306 环境科学 摘要 近年来，随着膜分离技术的快速发展，越来越多的膜运用到了实际生活和生产之中。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[1],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。其主要运用在冶金工业，有机废水，和海水淡化方面。本篇综述将就膜蒸馏的现状及前景进行整理和总结。 关键词：膜蒸馏废水处理海水淡化 Summarize of present situation and d evel opment prospects of membrane distillation Fanliu 10991306 Environmental science ABSTRACT In recent years, with the rapid development of membrane separation technology, more and more film applied to real life and production. Membrane distillation is a new type of separation technology that developed in the 1980s. It is the new type that combination of membrane separation technology and traditional evaporation procession. Like conventional distillation, membrane separation process is basis on the vapor liquid equilibrium, and depending on the implementation phase change latent heat of evaporation. Vacuum membrane distillation is one of the four kinds of membrane distillation operation mode with large flux, high separation factor, simple equipment, easy to operate and implement etc. that can be widely used in the removal of volatile components and seawater, brackish water desalination, etc. The state advocates the construction of a harmonious society today, develop and use the membrane distillation technology for desalination has the vital significance to achieve energy conservation, emission reduction and comprehensive utilization of wastewater. It’s mainly used in metallurgy industry, organic wastewater, and seawater desalination. This review will present situation and prospects of membrane distillation for sorting and summary. Key words: Membrane distillation Waste water treatment Seawater desalination 1膜蒸馏技术简介 膜蒸馏是在上个世纪八十年代初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。它以膜两侧的温差所引起的传递组分的蒸汽压力差为传质驱动力，以不被待处理的溶液润湿的疏水性微孔膜为传递介质。在传递过程中，膜的唯一作用是作为两相间的屏障，不直接参与分离作用。分离选择性完全由气——液平衡决定。膜蒸馏过程是热量和质量同时传递的过程。膜的一侧与热的待处理的溶液直接接触称为热侧，另一侧直接或间接地与冷的液体接触 称为冷侧。由于膜的疏水性，水溶液不会从膜孔中通过，但膜两侧由于挥发组分蒸气压差的存在，而使挥发蒸气通过膜孔从高蒸气压侧传递到低蒸气压侧，而其它组分则被

膜蒸馏过程探讨_吕晓龙

第30卷第3期膜科学与技术V o l.30N o.3 2010年6月M EM BR AN E SCI EN CE A ND T ECH N OL OG Y Jun.2010 专家论坛 膜蒸馏过程探讨 吕晓龙 (天津市中空纤维膜材料与膜过程重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地, 天津工业大学生物化工研究所,天津300160) 摘要:讨论了膜蒸馏涉及的膜材料特性.提出水膜阻力概念,认为疏水膜材料结构的优化与 膜蒸馏工艺有关.提出鼓泡膜蒸馏方法,在热流体中鼓入空气气泡,由气液两相流效应来强化 热流体的扰动.提出透气膜蒸馏方法,通过气体的吹扫夹带作用,使膜孔内水蒸气的传质由低 效的扩散转为高效的对流机理.提出曝气膜蒸发方法,利用不同温度的空气吸湿原理进行膜曝 气.将膜蒸馏过程与化学除硬度、超滤耦合,可除去结垢性钙镁离子;将膜蒸馏过程与气浮絮凝 过程耦合,可除去有机污染物,实现高倍率浓缩.提出多效膜蒸馏方法,膜组件兼有蒸发与换热 功能,使膜蒸馏过程中的水蒸气冷凝与原水加热过程耦合,可以实现低成本的膜蒸馏过程. 关键词:膜蒸馏;疏水膜;超疏水性;水膜阻力;膜过程;工艺耦合 中图分类号:T Q028.8文献标识码:A文章编号:1007-8924(2010)03-0001-10 在高收率海水淡化、工业循环冷却水和反渗透浓水的零排放、高效节能化工浓缩等领域,都涉及高盐度水的深度浓缩问题,尤其是高盐度难处理工业废水的排放问题日益被关注,其零液体排放是未来深度水处理技术的发展方向.膜蒸馏(membrane distillation,MD)是传统蒸馏工艺与膜分离技术相结合的一种液体分离技术,膜蒸馏过程是热侧液体的水分子蒸发汽化,穿过疏水膜的微孔,水相中非挥发性的离子和分子等溶质则不能透过疏水膜,从而实现溶液分离、浓缩或提纯的目的.膜蒸馏是有相变的膜过程,同时发生热量和质量的传递,传质的推动力为疏水膜两侧透过组分的蒸汽分压压差. 膜蒸馏过程的特征[1]:使用疏水性微孔膜,分离膜至少有一个表面与所处理的液体接触,且不能被所处理的液体润湿,传质推动力是液体中可汽化组分在膜两侧气相中的分压差.相对于其它的分离过程,膜蒸馏的优点主要有:(1)对液体中的离子、大分子、胶体等非挥发性溶质能达到100%的截留; (2)操作温度比传统的蒸(精)馏低;(3)操作压力远低于反渗透过程;(4)与传统的蒸馏设备相比,无蒸发器腐蚀问题,设备体积小,造价低.由于疏水膜材料与膜蒸馏工艺技术的进步,膜蒸馏技术日益显示出其在水处理领域高度浓缩方面的应用潜力,成为了膜领域中最被研究关注的热点方向之一,近年来有多篇综述性文章发表[2-5],在疏水膜材料[6-11]、膜蒸馏工艺[12-21]方面开展了深入研究,并且在水中有用物的回收浓缩[22-27]方面开展了膜蒸馏技术的实际应用研究,本课题组近年来也开展了一些相关研究工作[28-34]. 由于膜蒸馏是一个有相变的膜分离过程,在膜蒸馏的工艺设计上,必须考虑系统的保温与热能回收,否则运行费用较高.目前膜蒸馏技术还未能大规模工业化应用,主要是因为在疏水膜材料的亲水化渗漏、膜组件结构设计与干燥方法、膜蒸馏工艺流程优化与系统集成、蒸汽相变热回收、加热与废热利用方式等一系列膜蒸馏环节上均有待于提高.结合本课题组在膜蒸馏方面已开展的研究工作,本文就膜蒸馏过程的一些问题进行探讨. 收稿日期:2010-01-06 基金项目:863课题工业循环冷却水膜集成净化过程研究(2008AA06Z303);天津市重点基金课题废水浓缩减排与淡化再利用技术研究(09JCZDJC26300) 作者简介:吕晓龙(1964-),男,山西省忻州市人,博士,博士生导师,从事中空纤维分离膜制备与膜分离过程研究, E-mail:luxiao lo ng@https://www.wendangku.net/doc/d52372963.html,

常减压蒸馏

常减压蒸馏 一、蒸馏的形式 蒸馏有多种形式，可归纳为闪蒸（平衡气化或一次气化）、简单蒸馏（渐次气化）和精馏三种方式。 简单蒸馏常用于实验室或小型装置上，如恩氏蒸馏。而闪蒸和精馏是在工业上常用的两种蒸馏方式，前者如闪蒸塔、蒸发塔或精馏塔的气化段等，精馏过程通常是在精馏塔中进行的。 1、闪蒸 闪蒸（flash distillation）：加热某一物料至部分气化，经减压设施，在容器（如闪蒸罐、闪蒸塔、蒸馏塔的气化段等）的空间内，于一定温度和压力下，气、液两相分离，得到相应的气相和液相产物，叫做闪蒸。 闪蒸只经过一次平衡，其分离能力有限，常用于只需粗略分离的物料。如石油炼制和石油裂解过程中的粗分。 2、简单蒸馏

简单蒸馏（simple distillation)：作为原料的液体混合物被放置在蒸馏釜中加热。在一定的压力下，当被加热到某一温度时，液体开始气化，生成了微量的蒸气，即开始形成第一个汽泡。此时的温度，即为该液相的泡点温度，液体温合物到达了泡点状态。生成的气体当即被引出，随即冷凝，如此不断升温，不断冷凝，直到所需要的程度为止。这种蒸馏方式称为简单蒸馏。 在整个简单蒸馏过程中，所产生的一系列微量蒸气的组成是不断变化的。从本质上看，简单蒸馏过程是由无数次平衡汽化所组成的，是渐次气化过程。简单蒸馏是一种间歇过程，基本上无精馏效果，分离程度也还不高，一般只是在实验室中使用。 3、精馏 精馏（rectification)是分离液相混合物的有效手段，它是在多次部分气化和多次部分冷凝过程的基础上发展起来的一种蒸馏方式。 炼油厂中大部分的石油精馏塔，如原油精馏塔、催化裂化和焦化产品的分馏塔、催化重整原料的预分馏塔以及一些工艺过程中的溶剂回收塔等，都是通过精馏这种蒸馏方式进行操作的。

膜蒸馏技术的研究进展

膜蒸馏技术的研究进展 摘要：膜蒸馏是一种热驱动新型分离技术，自上世纪80年代才引起人们的重视。本文主要对膜蒸馏技术的过程机理、膜材料的选择、常见问题、以及应用进行了评述，并对以后膜蒸馏的发展做出了展望。 关键词：膜蒸馏；膜；应用；质量传递；热量传递 膜蒸馏是一种新型的非等温物理分离技术，以疏水性多孔膜两侧的蒸汽压差为推动力，使热侧蒸汽分子穿过膜孔后在冷侧冷凝富集，可看作是膜过程与蒸馏过程的集合。膜蒸馏过程区别于其他膜分离过程有如下的特点：膜是微孔膜；不能被所处理的液体浸润；只有蒸汽通过膜孔介质；膜孔内没有毛细冷凝现象发生。该分离技术不是膜过程与蒸馏过程的简单结合，它自身有许多优点。如，良好的化学稳定性；截留率高；较低的操作温度和压力，能有效利用地热工业余热等廉价能源；可与其他分离过程整合；可处理热敏性物质和高浓度废水等。因此，自膜蒸馏技术首次提出以来，一直受到了学者的广泛关注。 本文对进近几年来的膜蒸馏的最新研究进展，尤其是针对膜蒸馏理论的应用研究进行了概述。 1.膜蒸馏的分类 根据扩散到膜冷凝侧蒸汽冷凝方式的不同，膜蒸馏分为多种类型，如直接接触膜蒸馏(DCMD)、气隙膜蒸馏（AGMD）、气扫式膜蒸馏（SGMD）、真空膜蒸馏（VMD）。 （1）直接接触式膜蒸馏（DCMD）这种装置相对简单，两侧的液体直接与多孔膜的表面接触，蒸汽的扩散路径仅仅局限于膜的厚度。它是出现最早也是研究最广泛的膜蒸馏过程，但其热损耗也最大。由于有较大的渗透量，颇受研究者重视，较适用于主原料是水的情况，如海水或苦咸水脱盐或水溶液的浓缩，也有人用其浓缩水果汁、血液及废水处理等。 （2）气隙式膜蒸馏（AGMD）在冷凝面与膜表面之间有一停滞的空气隙存在，蒸汽穿过气隙后在冷凝面上冷凝。与前者相比，由于气隙的存在，减小了过程的热耗损，但是渗透通量低，结构复杂，且不适用于中空纤维膜，限制了商业推广。 （3）气扫式膜蒸馏（SGMD）结果与直接接触式膜蒸馏相似，不同之处在于，惰性气体将透过侧的蒸汽吹出，并在外部进行冷凝。这样可以减少热量损耗，加快传质。刘乾亮[1]等采用气扫式膜蒸馏法处理高浓度氨氮废水，重点考察了料液初始pH值、料液流量和吹扫气体流量等因素对处理效果的影响。结果表明：增大吹扫气体流量可促进氨氮的去除,有利于氨氮的传质和分离过程。 （4）真空膜蒸馏（VMD）的膜两侧气体压力差比其他膜蒸馏的膜两侧气体压力差大，因而比其他形式的膜蒸馏具有更大的蒸馏通量。宜于脱除水溶液中的挥发性溶质。唐娜[2]等采用PVDF中空纤维膜及PTFE微孔平板膜组件对反渗透海水淡化浓盐水的真空膜蒸馏过程进行了研究。连续运行的结果表明：温度是影响海水淡化浓盐水膜蒸馏过程的关键因素，对膜通量影响较大。 2.膜蒸馏组件

膜蒸馏法浓缩反渗透浓水的试验研究

膜蒸馏法浓缩反渗透浓水的试验研究 孙项城1 ，王 军1，侯得印1，王宝强2，栾兆坤 1（1．中国科学院生态环境研究中心，北京100085；2．中国矿业大学化学与环境工程 学院，北京100083）摘 要： 采用直接接触式膜蒸馏法浓缩处理反渗透浓水，系统研究了未经预处理、酸化预处 理和阻垢预处理后的反渗透浓水在膜蒸馏浓缩过程中产水电导率、产水通量和膜污染的变化规律。 试验结果表明，在三种膜蒸馏试验中，膜蒸馏的脱盐率均稳定。未经预处理的反渗透浓水在膜蒸馏过程中产水通量下降迅速，膜表面CaCO 3污染是其主要原因。酸化预处理在一定程度上延缓了膜蒸馏浓缩过程产水通量的衰减，但随着浓缩过程的进行，仍然有沉积物在膜表面形成，导致通量下降。经阻垢预处理后膜蒸馏浓缩过程的膜通量比较稳定。这是因为阻垢预处理在一定程度上预防了难溶盐在膜表面的沉积，减缓了膜污染。对经阻垢预处理后的反渗透浓水保持浓缩倍数为3，在112h 的长周期运行中产水电导率稳定在5μS /cm 以下，且产水通量下降缓慢，至试验结束时产水 通量为13．9kg /（m 2 ·h ），较初始通量只下降了10．9%。 关键词：膜蒸馏；反渗透浓水；膜污染；阻垢；浓缩中图分类号：X703文献标识码：A 文章编号：1000－4602（2011）17－0022－05 基金项目：国家高技术研究发展计划（863）项目（2009AA063901）；国家自然科学基金资助项目（20907066） Study on Concentration of Reverse Osmosis Concentrate by Membrane Distillation SUN Xiang-cheng 1，WANG Jun 1，HOU De-yin 1，WANG Bao-qiang 2，LUAN Zhao-kun 1 （1．Research Center for Eco-Environmental Sciences ，Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100085，China ；2．School of Chemical and Environmental Engineering ，China University of Mining and Technology ，Beijing 100083，China ） Abstract ： Direct contact membrane distillation （MD ）was applied in concentration of reverse os-mosis （RO ）concentrate．RO concentrates without pretreatment ，with acidification pretreatment and anti-scalant pretreatment were employed as the feed of MD concentration process to investigate the differences in permeate conductivity ，permeate flux and membrane fouling．The results show that in all the MD processes ，the salt rejection rate is stable．When reverse osmosis concentrate is used directly as feed ，the permeate flux is diminished rapidly ，and CaCO 3scaling is the major reason of permeate flux decline．A-cidification pretreatment prevents permeate flux decline to some extent．However ，with increasing of con-centration factor ，the flux declines seriously ，this is also caused by scaling in MD process．Antiscalant pretreatment can relieve permeate flux decline by reducing deposition of insoluble salts on membrane sur-face．A 112h continuous MD desalination experiment of RO concentrate with antiscalant pretreatment was carried out with concentration factor at constant 3，the permeate conductivity is less than 5μS /cm ， 第27卷第17期2011年9月 中国给水排水 CHINA WATER ＆WASTEWATER Vol．27No．17Sep．2011

膜蒸馏技术

膜蒸馏的研究现状及进展 李小然，尚小琴 (广州大学化学化工学院，广东广州510006) 摘要：膜蒸馏是20世纪八十年代才引起人们重视的新型膜分离技术。是一种以蒸汽压差为推动力的新型分离技术。本文主要对膜蒸馏的机理、用膜、传热机理、影响因素、过程优化、进行了讨论，同时介绍了膜蒸馏在海水淡化、超纯水的制备、水溶液的浓缩与提纯、共沸混合物的分离、废水处理治理等中的应用，并在此基础上提出了膜蒸馏的发展方向。 关键词：膜蒸馏；分离技术；机理；应用；发展 Research status and progress of membrane distillation LiXiaoRan,Shang XiaoQin (School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangzhou University, Guangzhou 510006) Abstract：Membrane distillation is a new type of membrane separation technology in the eighty's of twentieth Century.Is a kind of new separation technology with the steam pressure difference as the driving force.In this paper, the mechanism of membrane distillation、membrane、heat transfer mechanism、influencing factors、process optimizationis discussed,At the same time, it introduces the membrane distillation in seawater desalination, preparation of ultra - pure water, water solution concentration and purification, total of azeotropic mixture separation, waste water treatment, etc. in the application, and based on this, proposed the development direction of the membrane distillation. Key words：membrane distillation;isolation technique;mechanism;application;development 1膜蒸馏技术的原理 膜蒸馏是膜技术与蒸馏过程相结合的分离过程。膜的一侧与热的待处理溶液直接接触(称为热侧)，另一侧直接或间接地与冷的水溶液接触(称为冷侧)，热侧溶液中易挥发的组分在膜面处汽化通过膜进入冷侧并被冷凝成液相，其他组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而实现混合物分离或提纯的目的[1]。膜蒸馏过程必须具备以下特征以区别于其它膜过程[2]：①所用的膜为微孔膜；②膜不能被所处理的液体润湿；③在膜孔内没有毛细管冷凝现象发生；④只有蒸汽能通过膜孔传质； ⑤所用膜不能改变所处理液体中所有组分的气液平衡；⑥膜至少有一面与所处理的液体接触；⑦对于任何组分该膜过程的推动力是该组分在气相中的分压差。 2膜蒸馏的分类 根据扩散到膜冷凝侧蒸汽冷凝方式的不同，膜蒸馏分为多种类型，如直接接触膜蒸馏(DCMD)、气隙膜蒸馏（AGMD）、气扫式膜蒸馏（SGMD）、真空膜蒸馏(VMD)，如图1所示。DCMD结构简单，渗透量较大，颇受研究者重视，较适用于主原料是水的情况，如海水或苦咸水脱盐或水溶液的浓缩，也有人用其浓缩水果汁、血液及废水处理等[3-6]。AGMD具有热效率高及从水溶液中脱除挥发

膜蒸馏

膜蒸馏技术 在海水淡化中的应用

引言 据国家海洋局发布的《2014年全国海水利用报告》指出，2014年全国海水淡化共实现增加值14亿元，比上年增长12.2%；海水淡化国际合作取得新进展，亚太脱盐协会秘书处落户我国。全国已建成海水淡化工程总体规模不断增长，截至2014年底，全国已建成海水淡化工程112个，产水规模达到日产92.69万t，最大海水淡化工程规模为日产20万t。在已建成的海水淡化工程中，淡化海水用作工业用水的工程规模为每天58.73万t，占总工程规模的63.35%[1]。随着海水淡化技术在全国范围内的推广，我国水资源短缺问题将得到很好的解决。作为海水淡化的潜在技术之一，近年来膜蒸馏（Membrane distillation，MD）技术得到了学术研究者和工业界的广泛重视，在膜蒸馏工艺、膜蒸馏材料等方面取得了显著的进展[2]。 传统意义上的膜蒸馏过程，是利用疏水膜两侧可透过组分的蒸汽分压差，使热侧料液的水分子蒸发汽化，透过疏水膜孔以实现传质，液体则在界面张力的作用下不能透过疏水膜，从而实现料液的分离与浓缩目的。膜蒸馏过程存在有热相变的过程，膜蒸馏分离过程中会同时存在传热过程和传质过程，膜通量的主要控制因素则是热传导过程。根据冷侧挥发组分蒸汽冷凝方法或排除方法不同, 可分为: 直接接触膜蒸馏(DCMD) 、空气隙膜蒸馏(AGMD) 、吹扫气膜蒸馏( SGMD) 和真空膜蒸馏(VMD) 。最早用于膜蒸馏的膜材料有纸、胶合板、玻璃纤维、赛璐玢、尼龙和硅藻土等, 其中大部分用硅树脂、特氟龙或防水剂处理以得到所需要的疏水性。随着膜蒸馏分离技术的不断发展及新型膜制造技术的不断涌现, 用于膜蒸馏的膜材料也推陈出新, 上世纪80 年代早期制备的空隙率高达80%、厚度为50μm 的膜材料, 比起Findley 在20 世纪60 年代用的膜, 渗透率提高了100倍。从膜的理化性质和商业化来考虑, 现在膜材料用得较多的有聚四氟乙烯( PTFE) 、聚

【CN109647208A】一种节能膜蒸馏海水淡化系统【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910106211.6 (22)申请日 2019.02.02 (71)申请人 自然资源部天津海水淡化与综合利 用研究所 地址 300192 天津市南开区航海道55号 (72)发明人 邢玉雷　王付杉　王鑫　孙靖　 刘洪锟　王琪　谢春刚　 (74)专利代理机构 天津一同创新知识产权代理 事务所(普通合伙) 12231 代理人 陆艺 (51)Int.Cl. B01D 61/36(2006.01) B01D 61/58(2006.01) C02F 1/04(2006.01) C02F 1/06(2006.01) C02F 1/08(2006.01)C02F 103/08(2006.01) (54)发明名称一种节能膜蒸馏海水淡化系统(57)摘要本发明公开了一种节能膜蒸馏海水淡化系统，包括换热器，原料水泵，产品水泵，浓盐水排放泵，真空泵，冷凝水排出泵，N个带有加热元件的膜组件，N个闪蒸罐；多个带有加热元件的膜组件串联构成“多效膜蒸馏”，多个闪蒸罐串联构成“多级闪蒸”；将多效膜蒸馏与多级闪蒸过程耦合，前效膜蒸馏产生的二次蒸汽作为后效膜蒸馏加热蒸汽，并且产生的高温淡水逐级闪蒸，闪蒸蒸汽用于料液加热，这样有效地回收了汽化潜热和输出流体显热，实现了能量的梯级利用，提高了系统热效率；带有加热元件的膜组件“蒸汽冷凝-料液加热-渗透汽化”过程“准同步”设计，料液依靠重力势能从前效向后效自流，各效无需循环泵，降低了膜蒸馏过程电能消耗，节能效果显 著。权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 109647208 A 2019.04.19 C N 109647208 A

可逆气态膜-多效膜蒸馏-精馏过程脱除水相氨氮副产氨水

2015年9月 CIESC Journal September 2015第 66卷 第9期 化 工 学 报 V ol.66 No.9 可逆气态膜-多效膜蒸馏-精馏过程脱除水相氨氮副产氨水 王雲1，秦英杰1,2，郝兴阁1，李海庆1，崔东胜2，刘立强2，刘晶2 （1天津大学化工学院，天津300072；2洁海瑞泉膜技术（天津）有限公司，天津300300） 摘要：可逆气态膜-多效膜蒸馏-精馏耦合工艺可用于脱除料液或废水中的氨氮并得到高纯浓氨水。考察了磷酸二 氢铵为可逆吸收剂时气态膜法脱氨效果和多效膜蒸馏-精馏法吸收完成液再生效果。实验结果表明：可逆气态膜总 传质系数K 和单程氨氮脱除率η分别可达13.9 μm ·s ?1和97.5%，废水氨氮值可降至5 mg·L -1以下；吸收完成液 经多效膜蒸馏预浓缩后再经精馏再生可同时得到浓度为5%～18%的氨水。该耦合过程电耗极小的同时蒸汽耗量为 28~40 kg·m -3废水，约为单纯精馏过程的1/5。此外气态膜脱氨和多效膜蒸馏预浓缩过程有效地阻止了废水中挥发 性杂质进入浓氨水产品。该过程对气态膜和膜蒸馏用微孔疏水膜组件的稳定性要求苛刻，长期操作试验显示聚四 氟乙烯膜能够满足此要求。 关键词：可逆气态膜；多效膜蒸馏；氨；蒸馏；膜；吸收；再生；节能 DOI ：10.11949/j.issn.0438-1157.20150901 中图分类号：TQ 028.8 文献标志码：A 文章编号：0438—1157（2015）09—3588—09 Reversible gas membrane process-multiple effect membrane distillation-distillation process for removing ammonia from aqueous solution and producing aqueous ammonia WANG Yun 1, QIN Yingjie 1, 2, HAO Xingge 1, LI Haiqing 1, CUI Dongsheng 2, LIU Liqiang 2, LIU Jing 2 (1School of Chemical Engineering and Technology , Tianjin University , Tianjin 300072, China ; 2PureSea Spring Membrane Technology Co . Ltd , Tianjin 300300, China ) Abstract : The integrated process of reversible gas membrane process (RGM)-multiple effect membrane distillation (MEMD)-distillation can be used to remove ammonia from aqueous solution and to get highly purified and concentrated aqueous ammonia as by-product. The performance of ammonium dihydrogen phosphate as reversible absorbent in the RGM process and the performance of regeneration process of the used absorption solution by using MEMD- distillation were studied. The experimental results showed that the mass transfer coefficient and ammonia removal rate of RGM process could be up to 13.9 μm ·s ?1 and 97.5% respectively when polytetrafluoroethylene (PTFE) hollow fiber membrane contactor was used, ammonia content in the aqueous feed could be reduced to ＜5 mg ·L ?1. By using MEMD-distillation coupled system, the used absorption solution could be regenerated and a concentrated aqueous ammonia solution of 5%—18% was produced as by-product. The integrated process has extremely low energy consumption. While the power consumption is very low, the thermal consumption is steam of 28—40 kg ·m ?3 aqueous solution, which is less than 1/5 of the traditional distillation (steam stripping) process. Furthermore, this integrated process effectively avoids the pollution from the volatile 2015-06-11收到初稿，2015-06-20收到修改稿。 联系人：秦英杰。第一作者：王雲（1989—），男，硕士研究生。 基金项目：国家海洋局海洋战略性新兴产业专项成果转化及产业化 项目（cxsf2014-29）。 Received date : 2015-06-11. Corresponding author : Prof. QIN Yingjie, yjqin@https://www.wendangku.net/doc/d52372963.html, Foundation item : supported by the Marine Strategic Emerging Industries Special Achievements Transformation and Industrialization Projects, the State Oceanic Administration (cxsf2014-29).

膜蒸馏分离技术研究进展

膜蒸馏分离技术研究进展 吴国斌3　戚俊清　吴山东 (郑州轻工业学院材料与化工学院) 摘　要　综述了膜蒸馏技术的基本原理与膜蒸馏形式、研究历史与现状、传质机理与模型以及最新应用情况,并对其存在的问题和应用前景作了分析。 关键词　膜蒸馏　分离　研究进展　理想膜　应用前景 1　引言 膜分离是近20年迅速发展的重要的化工操作单元,其应用已从早期的脱盐发展到化工、食品、医药、电子等工业的废水处理、产品分离和生产高纯水等。膜蒸馏(M D)提出于1967年,20世纪80年代开始发展,至今已在不少领域取得可喜的研究成果,尤其在水溶液的分离中更具有优越性,特别是近些年来适合膜蒸馏用的疏水膜的研制成功,使膜蒸馏过程的开发和应用得到了进一步的发展。 111　膜蒸馏基本原理及形式 膜蒸馏是膜技术与蒸发过程相结合的膜分离过程,其所用的膜为不被待处理的溶液润湿的疏水微孔膜。膜的一侧与热的待处理的溶液直接接触(称为热侧),另一侧直接或间接地与冷的水溶液接触(称为冷侧)。热侧溶液中易挥发的组分在膜面处汽化,通过膜进入冷侧并被冷凝成液相,其他组分则被疏水膜阻挡在热侧,从而实现混合物分离或提纯的目的。膜蒸馏是热量和质量同时传递的过程,传质的推动力为膜两侧透过组分的蒸汽压差。因此,实现膜蒸馏必须有两个条件:(1)膜蒸馏必须是疏水微孔膜;(2)膜两侧要有一定的温度差存在,以提供传质所需的推动力。 根据膜下游侧冷凝方式的不同,膜蒸馏可分为四种形式[1]:直接接触膜蒸馏(DC M D)、气隙式膜蒸馏(A G M D)、吹扫气膜蒸馏(SG M D)和真空膜蒸馏(VM D)。 112　膜蒸馏技术的研究历史及现状 早在20世纪60年代就开始了较系统的膜蒸馏研究。美国的Bodell[2]于1963年申请了膜蒸馏技术专利,专利中他将膜蒸馏描述为“一种将不可饮用含水流体转化为可饮用水的装置和技术”;同时,他还指出可用抽真空的方式将渗透蒸汽从装置中移走来提高效率,但受到当时技术条件的限制,他并没有给出所用膜的结构和孔径的大小,只说该膜仅能被蒸汽透过而不能被水透过,并未给出结果和定量分析。 1964年,美国的W eyl[3]发现采用空气填充的多孔疏水膜可在蒸汽压系统内从含盐水中回收去离子水,这种可提高脱盐效率的发现于1967年被授予美国专利。W eyl建议,将热的溶液与冷的渗透物与膜直接接触以消除气隙,采用厚312mm、孔径9Λm、孔隙率42%的PT FE膜,W eyl当时获得了1kg (m2?h)的通量,但距当时的反渗透5175kg (m2?h)的通量有较大的差距,因此60年代后期人们对膜蒸馏的兴趣逐渐减弱。 1971年F indley[4]第一个将膜蒸馏的研究成果公开发表,尽管F indley的实验装置和步骤相当粗糙,但还是定性地确定了膜空隙中空气的存在、膜的厚度、导热热损失和孔隙率对膜蒸馏的影响,并且预言若能找到低价位、耐高温、长寿命的理想膜,不但可以用来处理海水,而且这种膜蒸馏也一定是一种非常经济的蒸发方法。此外,科学家们在过程及组件设计方法上也一直在做着研究并且努力使其商业化[5],但由于膜材料、水通量等方面的原因还不能保证它占据诸多应用领域,因而一直难以商业化。由于其商业化的最大阻碍 3吴国斌,男,1981年3月生,硕士研究生。郑州市,450002。

常减压蒸馏原理

常减压蒸馏原理 摘要：常压蒸馏是石油加工的“龙头装置”，后续二次加工装置的原料，及产品都是由常减压蒸馏装置提供。常减压蒸馏主要是通过精馏过程，在常压和减压的条件下，根据各组分相对挥发度的不同，在塔盘上汽液两相进行逆向接触、传质传热，经过多次汽化和多次冷凝，将原油中的汽、煤、柴馏分切割出来，生产合格的汽油、煤油、柴油及蜡油及渣油等。（1）由此掌握常减压蒸馏原理对于从事相关工作的人员来说显得尤其重要。本文先从蒸馏的基本概念和原理说起，然后分别对常压蒸馏、减压蒸馏的原理做一个简要介绍。 关键词：蒸馏、基本概念和原理、常压蒸馏、减压蒸馏 一、蒸馏的基本概念和原理 1、基本概念 1.1饱和蒸汽压 任何物质（气态、液态和固态）的分子都在不停的运动，都具有向周围挥发逃逸的本领，液体表面的分子由于挥发，由液态变为气态的现象，我们称之为蒸发。挥发到周围空间的气相分子由于分子间的作用力以及分子与容器壁之间的作用，使一部分气体分子又返回到液体中，这种现象称之为冷凝。在某一温度下，当液体的挥发量与它的蒸气冷凝量在同一时间内相等时，那么液体与它液面上的蒸气就建立了一种动态平衡，这种动态平衡称为气液相平衡。当气液相达到平衡时，液面上的蒸气称为饱和蒸汽，而由此蒸气所产生的压力称为饱和蒸汽压，简称为蒸汽压。蒸气压的高低表明了液体中的分子离开液面气化或蒸发的能力，蒸气压越高，就说明液体越容易气化。 在炼油工艺中，根据油品的蒸气压数据，可以用来计算平衡状态下烃类气相和液相组成，也可以根据蒸气压进行烃类及其混合物在不同压力下的沸点换算、计算烃类液化条件等。 1.2气液相平衡 处于密闭容器中的液体，在一定温度和压力下，当从液面挥发到空间的分子数目与同一时间内从空间返回液体的分子数目相等时，就与液面上的蒸气建立了一种动态平衡，称为气液平衡。气液平衡是两相传质的极限状态。气液两相不平衡到平衡的原理，是气化和冷凝、吸收和解吸过程的基础。例如，蒸馏的最基本过程，就是气液两相充分接触，通过两相组分浓度差和温度差进行传质传热，使系统趋近于动平衡，这样，经过塔板多级接触，就能达到混合物组分的最大限度分离。 2、蒸馏方式 在炼油厂生产过程中，有多种形式蒸馏操作，但基本类型归纳起来主要有三种，即闪蒸、简单蒸馏和精馏 2.1闪蒸（平衡汽化） 加热液体混合物，达到一定的温度和压力，在一个容器的空间内，使之气化，气

膜蒸馏-李伟

膜蒸馏实验 班级：应化产11301 序号：07 姓名：李伟 一 实验目的 ⅰ.认识和理解膜蒸馏的工作原理。 ⅱ.测定直接接触式膜蒸馏（DCMD ，direct contact membrane distillation ）的跨膜通量和膜蒸馏系数，并认识其随温度的变化规律。 ⅲ.测定真空膜蒸馏（VMD ，vacuum membrane distillation ）的跨膜通量和传热系数，并认识其随流量的变化规律。 ⅳ.学会物性数据的查阅、计算方法，了解制冷系统工作原理。 二 实验原理 本装置采用疏水膜，在平面膜组件中进行DCMD 和VMD 实验。在DCMD 实验中，于不同温度下测定跨膜通量，并根据测量结果计算膜蒸馏系数；在VMD 实验中，于不同流量下测定跨膜通量，并根据测量结果计算膜组件的传热系数。本实验引入了计算机在线采集技术和数据处理技术，加快了数据记录与处理速度。 （1）直接接触式膜蒸馏的实验原理 膜蒸馏技术是膜技术与常规蒸馏技术结合的产物，它是利用挥发性组分在膜两侧的蒸差实现该组分的跨膜传质。 直接接触式膜蒸馏原理如图6-1所示。温度不同的两股水流分别与膜两侧直接接触，形成膜表面的热侧与冷侧。热侧表面的水蒸气分压高于其在冷侧表面之值，在此压差的作用下，水蒸气分子发生跨膜传质现象，到达冷侧表面，并在此冷凝。这样，可通过测定一定时间热侧料液质量的变化量得到DCMD 的跨膜传质速率N （跨膜通量）。 膜通量是指膜蒸馏过程中单位时间内通过单位膜面积蒸发掉的水的质量。膜蒸馏实验过程中，由于水透过膜的蒸发作用，热水槽中的贮水量随时间减少（实验装置中是将热水槽位于电子天平上的），即电子天平的示数减少。实验中，当 料液（热流体） 渗透液（冷流体）

膜蒸馏过程中的膜污染研究

文章编号：!""#$%&’(（’""!）")$""’!$") 膜蒸馏过程中的膜污染研究 阎建民! 延滨’马润宇’! （!*中科院化学研究所，北京!"""%"；’*北京化工大学化工学院，北京!"""’&）摘 要：考察了膜蒸馏用于脱盐时膜的污染情况，分析了不同无机盐对疏水膜的具体影响+未 处理的苦咸水含有难溶无机盐，膜蒸馏过程中膜表面会出现沉积物+沉积物会破坏膜的疏水性影响渗透液的质量，同时影响膜蒸馏传递过程，降低渗透通量+在无机盐浓度较低时，通过料液预处理剔除不溶物可以有效防止沉积物的出现+关键词：膜蒸馏；膜污染；脱盐中图分类号：,-"’%*% 文献标识码：. 膜的污染问题普遍存在于各类膜过程，是制约 膜技术工业应用的主要原因之一［!］+ 对于不同的膜过程，膜污染的表现和影响程度不尽相同+ 膜蒸馏实际运行中，膜的性能会随时间发生变化，一种典型的行为就是渗透通量随时间的变 化［’］+ 造成通量衰减的原因有很多，如浓差极化、吸附、膜表面凝胶层的形成等，所有这些原因对料液侧的传递过程形成新的阻力+同时膜蒸馏只能在膜孔道不被润湿的情况下才能进行，可以说，膜孔润湿（/0123$4566786 ）是膜蒸馏过程中最严重的膜污染+材料疏水性取决于膜表面单位面积的自由能+但平均的表面能并不能满意地描述一个真实的表面，若在分子尺度上一部分一部分地检验固体的表 面，局部的表面能可以变化很大［)］+ 即不能排除疏水膜的表面有疏水性差，甚至亲水的局部点，这些点有可能成为膜疏水性遭到破坏的内因+料液组份的沉积会降低膜的疏水性，并逐渐使料液充入膜孔+ 有表面活性的有机物会影响膜的疏水性能，这 已是不争的事实+9308:28［(］对有关情况做了深入的研究，;<3178［=］提出了料液预处理工艺，以剔除表面活性物质+而盐类沉积物对膜疏水性的影响不明显，不易造成膜的润湿，因此膜蒸馏常用于脱盐［>］及制备热敏性晶体产品［#］+ 但由于浓差极化及料液的加热，膜表面的盐浓度会长时间处于过饱和状态，考察 无机类污染物对膜性能的影响是很有必要的+ 苦咸水含有难溶无机盐，膜蒸馏过程中膜表面会出现沉积物+沉积物会破坏膜的疏水性，基于以上考虑，本文考察了膜蒸馏用于脱盐时膜的污染情况，分析了不同无机盐对疏水膜的具体影响+ !实验部分 通过实验研究了不（微）溶无机物对疏水膜的影响+需考察的操作参数有无机物类型、饱和度、有无固体悬浮物+通过测试渗透液的电导率确定膜疏水性被破坏的情况+由于不溶物容易堵塞中空纤维膜的管内流道，实验采用了平面膜组件+为便于监测渗透液质量，采用气隙式膜组件+ 膜蒸馏实验流程如图!所示+ 图!膜蒸馏实验装置流程图 !*制冷机；’*冷却液储槽；)*流量计；(*压力表； =*温度计；>*泵；#*调节阀；%*恒温加热水浴；&*放空阀 收稿日期：’"""$"%$!(；修改稿收到日期：’"""$!"$’" 基金项目：中澳机构合作项目（.>!） ，男，博士+!通讯联系人+第’!卷第)期膜科学与技术 E 5!+’! F 5+) ’""!年>月 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""G H G I J .F HK ;A H F ;H.F L,H ;M F N B N O P Q <8+’""! 　万方数据