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PVDF螺旋卷式膜组件制备及真空膜蒸馏性能研究

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膜科学与技术 2010年第6期30卷 30-34页

作者：范彬纪仲光杨庆峰朱高英中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085

真空膜蒸馏工艺作为一种具有良好应用前景的膜蒸馏操作方式得到了广泛的研究.当前常用于真空膜蒸馏研究的膜组件包括平板式、管式和中空纤维式.尝试制备了一种用于真空膜蒸馏的螺旋卷式膜组件,通过试验对自制组件的性能进行了研究,证实... 详细信息

真空膜蒸馏工艺作为一种具有良好应用前景的膜蒸馏操作方式得到了广泛的研究.当前常用于真空膜蒸馏研究的膜组件包括平板式、管式和中空纤维式.尝试制备了一种用于真空膜蒸馏的螺旋卷式膜组件,通过试验对自制组件的性能进行了研究,证实了卷式膜组件真空膜蒸馏操作的可行性.在真空度为-0.092 MPa,温度为67.7℃的操作条件下,得到了10.43 kg/(m2.h)的通量.通过试验比较了所制备卷式膜的通量与膜材料本底通量的差别,并对所存在的问题进行了分析.

关键词：真空膜蒸馏螺旋卷式膜组件通量卷膜效率

疏水性Al_2O_3膜在真空膜蒸馏中的应用

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南京工业大学学报（自然科学版） 2018年第1期40卷 40-45页

作者：熊峰邱鸣慧范益群南京工业大学化工学院材料化学工程国家重点实验室江苏南京210009

采用表面接枝改性法,将十六烷基三甲氧基硅烷(C16)接枝于陶瓷膜表面,获得疏水性Al_2O_3膜。傅里叶红外光谱结果表明,C16接枝到陶瓷膜表面;接触角实验结果显示:接枝C16分子后的Al_2O_3膜表面呈现疏水特性,接触角为158°。将改性后的Al_2... 详细信息

采用表面接枝改性法,将十六烷基三甲氧基硅烷(C16)接枝于陶瓷膜表面,获得疏水性Al_2O_3膜。傅里叶红外光谱结果表明,C16接枝到陶瓷膜表面;接触角实验结果显示:接枝C16分子后的Al_2O_3膜表面呈现疏水特性,接触角为158°。将改性后的Al_2O_3膜应用于真空膜蒸馏(VMD)的脱盐实验中,结果表明:在料液流速160 L/h、料液温度70℃、真空度0.095 MPa时,VMD过程可以获得较高渗透通量。将疏水性Al_2O_3膜应用在VMD过程的稳定性实验中,在300 min的运行过程中,渗透通量基本稳定在20 kg/(m^2·h),脱盐率大于99.9%。

关键词：表面接枝 Al2O3膜真空膜蒸馏脱盐

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海水淡化浓盐水真空膜蒸馏中试研究

海水淡化浓盐水真空膜蒸馏中试研究

作者：王伟天津科技大学

学位级别：硕士

膜蒸馏是近几年备受关注的一种新型膜分离技术,与其他膜分离技术相比具有明显的优势,可望成为一种高效廉价的膜分离技术。将膜蒸馏与其它海水淡化方法相集成,利用低品位热源进行海水淡化浓盐水膜蒸馏技术研究,将会降低海水淡化综合成本... 详细信息

膜蒸馏是近几年备受关注的一种新型膜分离技术,与其他膜分离技术相比具有明显的优势,可望成为一种高效廉价的膜分离技术。将膜蒸馏与其它海水淡化方法相集成,利用低品位热源进行海水淡化浓盐水膜蒸馏技术研究,将会降低海水淡化综合成本,从而成为解决淡水资源短缺的有效途径之一。本文研究了聚偏氟乙烯中空纤维膜组件性能参数(高径比、装填封率)对真空膜蒸馏通量的影响,获得了淡化浓盐水真空膜蒸馏中试膜组件制备的优化参数。研究了膜组件高径比为分别为25：2、15：1、35：2、20：1、45：2及装填封率分别为1%、5%、10%的淡化浓盐水真空膜蒸馏性能,结果表明在同等条件下高径比或装填封率越小时,膜蒸馏的渗透通量越大。采用高径比为25：2,装填封率为1%的膜组件开展淡化浓盐水真空膜蒸馏性能研究,在真空侧压力为-0.095Mpa、进料液温度为85℃、进料液流速为0.4m/s时的通量达到最大,为18.98kg/(m2.h),该条件下的膜组件性能参数作为淡化浓盐水中试研究用膜组件制备依据。开展了淡化浓盐水真空膜蒸馏中试试验研究,考察了淡化浓盐水进料温度、流速及膜后真空度对于膜蒸馏过程渗透通量和截留率的影响。结果表明：淡化浓盐水真空膜蒸馏通量随进料液温度和膜后真空度的增加显著增大,随进料液流速的增大通量增加不显著。淡化浓盐水真空膜蒸馏通量在真空侧压力为-0.09Mpa、进料液温度为80℃、进料液流速为30L/min时达到最大,为1.66kg/(m2.h),淡化浓盐水真空膜蒸馏通量随高径比或装填封率的减小而增大。淡化浓盐水VMD过程产品水脱盐率均在99.9%以上。

关键词：真空膜蒸馏海水淡化浓盐水中试

真空膜蒸馏-过热蒸气干燥技术发展现状及展望

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制冷技术 2020年第4期40卷 9-14页

作者：林家辉张钰张化福杨俊玲张振涛赵丹丹彭跃莲上海海事大学上海201306 中国轻工业食品药品保质加工储运装备与节能技术重点实验室中国科学院理化技术研究所北京100190 河北科技大学生物科学与工程学院河北石家庄050018 北京工业大学北京100124

过热蒸气干燥技术具有安全、节能和环保等优点,在逆转点温度以上干燥速率比热风干燥快,干燥品质好。真空膜蒸馏-过热蒸气干燥基于热泵膜蒸馏技术,利用透过膜的过热蒸气加热物料,在物料与膜不直接接触的基础上兼顾了过热蒸气干燥的优点,... 详细信息

过热蒸气干燥技术具有安全、节能和环保等优点,在逆转点温度以上干燥速率比热风干燥快,干燥品质好。真空膜蒸馏-过热蒸气干燥基于热泵膜蒸馏技术,利用透过膜的过热蒸气加热物料,在物料与膜不直接接触的基础上兼顾了过热蒸气干燥的优点,并可通过强化辐射传热等方式提高系统热利用率。本文基于膜蒸馏和过热蒸气干燥的发展,对真空膜蒸馏-过热蒸气干燥的形成和发展进行了综述及展望。

关键词：真空膜蒸馏过热蒸气干燥逆转点温度强化辐射

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以太阳能为热源的真空膜蒸馏组件与系统研究

以太阳能为热源的真空膜蒸馏组件与系统研究

作者：杨华剑浙江大学

学位级别：硕士

膜蒸馏是一种新型的膜分离技术,可用于海水和苦咸水淡化等领域。目前膜蒸馏海水淡化存在水通量低、产水成本高等问题,制约了其大规模应用。因此,深入研究膜蒸馏系统,提高膜蒸馏海水淡化的产率、降低产水成本,具有重要的现实意义。本文... 详细信息

膜蒸馏是一种新型的膜分离技术,可用于海水和苦咸水淡化等领域。目前膜蒸馏海水淡化存在水通量低、产水成本高等问题,制约了其大规模应用。因此,深入研究膜蒸馏系统,提高膜蒸馏海水淡化的产率、降低产水成本,具有重要的现实意义。本文将真空膜蒸馏与太阳能集热系统结合,从真空膜蒸馏过程设计出发,同时对中空纤维膜组件、操作条件等因素对膜蒸馏过程通量的影响进行了模拟优化,并在此基础上进一步研究太阳能真空膜蒸馏集成工艺。论文首先考察了中空纤维膜组件装填系数、组件长径比、操作条件、膜结构等对真空膜蒸馏过程的影响。结果表明:膜通量随组件装填系数增加而增加,在装填系数约为11%时达到最大值,随着装填系数继续增加,膜通量减少;膜通量随组件长径比增加而减少,产水量随组件长径比增加而增加,综合以上两方面的因素,组件长径比在4.3-5左右时比较合适;进料温度增加,膜通量显著增加;料液在层流状态下,膜通量随料液流速增加而显著增加,在湍流状态下,膜通量随料液流速增加不明显;增加真空度可以显著提高膜通量;平均孔径适中、空隙率大、厚径比小的膜具有较好的真空膜蒸馏性能。其次,基于能量衡算建立了膜管内热量传递方程,利用数值逼近法对中空纤维膜内温度分布进行了模拟计算;基于气相传质关联式,将装填系数等膜组件参数以壳程传质系数形式进行关联;在此基础上利用总传质系数计算真空膜蒸馏的膜通量。通过实验结果与模拟计算结果的比较表明,该模型具有较高的准确性。模型模拟了膜组件参数及膜蒸馏操作条件对真空膜蒸馏过程中温度和通量的影响规律,并为预测系统通量、优化系统操作条件提供了理论依据和指导。最后,以杭州地区太阳辐射的理论数据为基础,计算了太阳能真空膜蒸馏集成工艺的生产能力,并研究太阳辐射强度、组件连接方式、组件数目等因素对该工艺的影响。结果表明:我国沿海地区太阳能资源丰富,年产水量约为954kg·m(太阳能集热板)。较合适的太阳能集热板面积与膜面积的比例约为11:1。太阳能真空膜蒸馏集成工艺的日产水量随太阳辐射强度增加而显著增加,阴雨天气时工艺无法正常运行。集成工艺的最大膜通量达14L·m·h。工艺中组件连接方式对通量和产水量影响不大。集成工艺的通量随组件数目的增加而降低,产水量随组件数目的增加而增加。

关键词：真空膜蒸馏膜组件装填系数操作条件数学模型太阳能

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陶瓷膜疏水改性与真空膜蒸馏过程模拟研究

陶瓷膜疏水改性与真空膜蒸馏过程模拟研究

作者：刘典华东理工大学

学位级别：硕士

膜蒸馏是一种新型的膜分离过程,具有分离能力强、能耗低、资本投入少的特点,主要应用于海水淡化、污水处理等领域。虽然膜蒸馏技术得到了很大的发展,但其成规模的工业化生产还未形成。主要是因为膜蒸馏过程用膜要求较高,制膜成本过高,... 详细信息

膜蒸馏是一种新型的膜分离过程,具有分离能力强、能耗低、资本投入少的特点,主要应用于海水淡化、污水处理等领域。虽然膜蒸馏技术得到了很大的发展,但其成规模的工业化生产还未形成。主要是因为膜蒸馏过程用膜要求较高,制膜成本过高,可选用材料过少;同时膜蒸馏过程传质阻力较高,传热效率低,传质传热过程机理研究还不够完善。与其他三种常见膜蒸馏形式相比,真空膜蒸馏有较高的膜通量以及几乎可以忽略不计的热传导损失的特点。本文为了解决真空膜蒸馏用膜材料匮乏的现状,选用（CH3）2SiCl2作为改性液,将亲水性陶膜通过表面接枝聚合改性为疏水陶瓷膜。通过接触角测定表征,证明已达到改性效果。同时,还就陶瓷膜在改性液中的改性时间,改性次数,热处理时间,热处理温度,改性液浓度对改性效果的影响进行了研究。通过实验,最优的实验条件为：改性时间24h,改性次数3次,热处理时间24小时,热处理温度100摄氏度,改性液浓度0.1mol/L。在陶瓷膜改性完成基础上,选用了NaCl水溶液作为实验物系进行真空膜蒸馏脱盐实验。实验结果表明,疏水改性后的陶瓷膜能够很好的实现NaCl水溶液的脱盐,脱盐率达到99.99%。在适宜的操作条件下,膜通量可达15.80 kg/m2·h。本文还针对NaCl水溶液体系,建立起了真空膜蒸馏过程的传质传热模型,模拟计算操作条件与膜结构属性对膜通量的影响。将模拟结果与实验结果比较验证,两者在进料浓度低于10%以内能获得很好的一致性。通过模拟计算分析,操作条件对膜通量影响如下：进料温度、流速以及真空度的提高将提高膜通量,进料浓度增大将降低膜通量;膜结构参数对膜通量影响如下：孔径与孔隙率的增大将提高膜通量,曲折因子与膜厚度增大将降低膜通量。

关键词：真空膜蒸馏陶瓷膜疏水改性脱盐实验模拟计算

天然气脱硫液真空膜蒸馏法再生理论与实验研究

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天然气脱硫液真空膜蒸馏法再生理论与实验研究

作者：马骏常州大学

学位级别：硕士

目前,国内现有的脱硫废液处理方法绝大部分都存在再生能耗大、溶剂再生效果差、工艺技术复杂、投资成本高、工业化难度大等缺点,如何有效地处置脱硫废液对于相关企业具有重大的实际意义。真空膜蒸馏技术具有冷热资源利用效率高、截留率... 详细信息

目前,国内现有的脱硫废液处理方法绝大部分都存在再生能耗大、溶剂再生效果差、工艺技术复杂、投资成本高、工业化难度大等缺点,如何有效地处置脱硫废液对于相关企业具有重大的实际意义。真空膜蒸馏技术具有冷热资源利用效率高、截留率高、通量大等优势,本课题主要结合了真空膜蒸馏的技术优点和醇胺类脱硫废液再生反应可逆的特点,围绕含有硫化氢组分的脱硫富液再生循环问题,从理论分析和实验研究两个方面对膜法再生脱硫富液进行了重点探讨。论文主要包括以下几方面:首先,对传统的天然气脱硫技术以及常规的脱硫富液再生方法进行了回顾;其次,对以甲基二乙醇胺水溶液为脱硫剂的脱硫富液再生化学反应机理进行了探讨;然后分别从热力学和动力学角度对真空膜蒸馏过程的基本原理和技术特点进行了分析;重点阐述了真空膜蒸馏法再生甲基二乙醇胺脱硫富液的工艺流程和实验步骤,以及操作条件等因素对真空膜蒸馏效果的影响,对实验结果进行总结并对相应的规律进行分析;最后,在真空膜蒸馏的机理研究基础之上,对真空膜蒸馏再生脱硫废液过程中的传热和传质过程进行模型推导,并建立相应的真空膜蒸馏传质微分方程。再生实验研究主要以吸收硫化氢的甲基二乙醇胺水溶液为再生研究对象,以疏水性聚四氟乙烯中空纤维膜组件为再生反应器,对真空膜蒸馏法再生含硫的甲基二乙醇胺脱硫富液展开实验。实验主要考察了进料流量、富液温度、液相初始硫浓度、渗透侧真空度对再生膜通量以及硫化氢分离因子的影响,并比较了脱硫液的再生效果随操作条件的变化情况。实验结果表明:当脱硫富液的再生温度为400℃,进料流量为10000L/h,液相初始硫浓度为236020mg/L,膜两侧的压差为4.82.8kPa的操作条件下,甲基二乙醇胺水溶液的再生率达56.27.0%,结果证明真空膜蒸馏法再生脱硫富液具有高效节能、容易操作的技术优点。实验结果还出现如下规律:提高再生温度会明显使富液的再生率升高,跨膜通量随再生温度、进料流量和膜两侧真空度的升高而增大;硫化氢的分离因子随再生温度、膜两侧压差的增大而减少,随进料流量增加而升高;富液初始硫浓度的升高会使硫化氢分离因子降低,过高的初始硫浓度最终会导致甲基二乙醇胺富液的再生效率降低。根据真空膜蒸馏机理的经验公式,推导传热和传质过程的模型,通过数值计算建立真空膜蒸馏再生过程中传质微分方程,在实验设定的操作参数条件下,单一操作参数变化计算得到的总传质系数-31.812?1033.03?10 m/s,各操作参数的提高均有利于总传质系数的提高,其中,再生液温度增加,总传质系数随之呈线性增大。

关键词：真空膜蒸馏再生技术甲基二乙醇胺硫化氢脱硫

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聚砜膜的疏水改性及在真空膜蒸馏中的研究

聚砜膜的疏水改性及在真空膜蒸馏中的研究

作者：魏新浩华东理工大学

学位级别：硕士

膜蒸馏是一种新型膜分离技术,以热量差和蒸汽压差为共同推动力,水蒸汽分子通过多孔的绝缘性疏水膜,得到冷凝。理论上对于不挥发性溶质的截留率可以达到100%。本文的主要研究内容是对亲水性的聚砜膜采用化学方法进行疏水改性,并将改性后... 详细信息

膜蒸馏是一种新型膜分离技术,以热量差和蒸汽压差为共同推动力,水蒸汽分子通过多孔的绝缘性疏水膜,得到冷凝。理论上对于不挥发性溶质的截留率可以达到100%。本文的主要研究内容是对亲水性的聚砜膜采用化学方法进行疏水改性,并将改性后的聚砜膜用于真空膜蒸馏中进行脱盐研究和膜污染研究。改性实验中,主要采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)-氨基硅油乳液和正硅酸乙酯-三甲基氯硅烷对聚砜膜进行疏水改性。研究不同的改性条件对改性后聚砜膜的疏水性影响。结果表明,使用氨基硅油乳液改性后,改性聚砜膜的表面最大水接触角达到116°,使用三甲基氯硅烷改性后的聚砜膜的表面最大水接触角达到135°。真空膜蒸馏实验中,考察进料液浓度、流量、温度和真空度对膜的产水通量以及脱盐率的影响。实验结果表明,在进料液中氯化钠质量分数为4%、进料液温度80℃、进料液流量4 mL/s以及真空度0.095MPa的条件下,两种改性膜的的最大产水通量分别达到9.71 kg/(m2·h)和10.45 kg/(m2·h),脱盐率都达到了99.2%以上,脱盐效果良好。膜污染研究表明,膜的产水通量降低主要包括两方面原因,一方面是由于氯化钠颗粒在膜表面累积堵塞膜孔,另一方面是高温下改性聚砜平板膜会发生形变、收缩,造成膜孔径和孔隙率降低,以致通量下降。膜通量恢复研究实验中,使用1 mol/L盐酸超声清洗污染后的PSF膜可以有效缓解膜污染,膜通量有一定程度恢复。对于使用氨基硅油乳液改性的PSF膜,经过三次清洗后,膜的产水通量分别恢复到初始通量的96.9%、94.9%和85.9%。对于使用三甲基氯硅烷改性的PSF膜,经两次盐酸清洗后,产水通量分别恢复到初始通量的95.4%和94.8%。因此,膜的产水通量随着运行时间的增加和清洗次数的增多而减少。

关键词：聚砜膜疏水改性真空膜蒸馏脱盐

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改良型真空膜蒸馏的性能研究

改良型真空膜蒸馏的性能研究

作者：王康河北工业大学

学位级别：硕士

水体污染加剧了淡水资源短缺。安全、高效地利用海水或含盐废水,对于实现经济和社会的协调发展具有重要意义。膜蒸馏(MD)是一种新兴的脱盐技术,尤其适合因盐度太高而无法应用反渗透技术的场合使用。然而,传统MD过程中存在温度极化现象,... 详细信息

水体污染加剧了淡水资源短缺。安全、高效地利用海水或含盐废水,对于实现经济和社会的协调发展具有重要意义。膜蒸馏(MD)是一种新兴的脱盐技术,尤其适合因盐度太高而无法应用反渗透技术的场合使用。然而,传统MD过程中存在温度极化现象,温度极化系数(TPC)难以突破1.0,制约了渗透通量的提升,且增加能耗。因此亟待开发出新型MD工艺以解决该问题。本研究开发出一系列改良型真空膜蒸馏工艺。首先在膜组件的进料通道中设置导热层,使其直接加热常温进料液,构成SH-VMD系统。考察了系统在不同导热层温度、料液流速、系统真空度和料液浓度等操作条件下渗透通量和截留率的变化。结果表明,以35g/L的Na Cl为进料液,SH-VMD对盐分的截留率达到99.94%。与传统真空膜蒸馏相比,在流速为3 cm/s,真空度为90 k Pa时,渗透通量提高3.4%,传热效率提高29.6%,比能耗降低7.6%。然而,该工艺的TPC最高为0.98,其对温度极化的缓解程度仍有待提高。在SH-VMD基础上对工艺进行改良,将导热层置于疏水膜表面,使其向膜-水界面传递热量,构成MH-VMD系统。在热源温度为200℃时,MH-VMD的渗透通量为6.90 L/m·h,相比于SH-VMD工艺提高了20.6%。同时,传热效率提高了2.2%,比能耗降低了14.1%。此外,该工艺的TPC可达到1.16,摆脱了温度极化的负面影响。在MH-VMD工艺运行过程中,利用热源余热供热,可进一步将比能耗降低24.3%。但与SH-VMD相比导热层传递到膜组件内部的热量并无明显提升。结合上述两种工艺的优势,在膜组件内设置两个导热层,分别置于进料通道和疏水膜表面,构成DLH-VMD系统。其与MH-VMD相比,在外部热源为200℃时,导热层传递到膜组件内部的热量提高了106.6%;比能耗降低了43.1%;渗透通量提高了51.2%。此外DLH-VMD工艺中由于导热层的存在使水蒸气在膜孔中的冷凝减少,有效缓解膜孔冷凝现象。

关键词：真空膜蒸馏渗透通量温度极化比能耗传热效率膜孔冷凝