无级多效膜蒸馏过程研究

针对膜蒸馏过程能耗高，蒸汽冷凝耗水量大的问题，设计了新型无级多效膜蒸馏过程，其特征是首次在减压膜蒸馏过程中设立了特殊的升温蒸发区，其中的膜组件同时具有蒸汽的换热降温与原水的升温蒸发双重作用，从而可以实现膜蒸馏过程蒸发潜热的回收，并解决冷凝水耗量大的问题。针对疏水微孔膜在升温减压蒸发区兼具换热器与膜蒸馏介质双重作用的特性，研究疏水性微孔膜、组件结构对无级多效膜蒸馏的传质传热效率的影响规律；研究升温减压蒸发区组件壳程负压、管程原料液与壳程蒸汽的温度、流量等参数沿中空纤维膜组件轴向的变化规律，及其对过程通量等性能的影响规律，明确传质与传热过程的协同作用机制，建立无级多效膜蒸馏过程的传质传热模型。进而，探明多效膜蒸馏各区域间的膜组件结构、膜面积配置对物料及能量分配、过程能量效率的影响规律，建立过程综合性能的优化方法及评价能量效率的模型,为膜蒸馏过程的工业应用提供理论基础。

膜蒸馏技术由于其在节能减排方面的巨大潜力，日益受到膜研究者的重视，在高浓度废水处理、食品化工等领域的产品浓缩中的优势日益显现，已经被研究者认为是反渗透技术的有效补充[3,7]，成为膜领域的热点方向之一。.本课题针对膜蒸馏过程能耗高、冷凝水耗量高这一关键问题，从膜蒸馏过程传质传热原理出发，设计了新型多效膜蒸馏过程，在减压膜蒸馏过程中设立了特殊的升温蒸发区，其中的膜组件同时具有蒸汽的换热降温与原水的升温蒸发双重作用，从而可以实现膜蒸馏过程蒸发潜热的回收，并解决冷凝水耗量大的问题。.首先，针对疏水微孔膜在升温减压蒸发区兼具换热器与膜蒸馏介质双重作用的特性，研究了疏水性微孔膜、组件结构对多效膜蒸馏的传质传热效率的影响规律。结果表明，疏水性微孔膜-换热一体式组件设计，在组件内实现同步膜蒸馏-热量高效回用。主蒸发区二次蒸汽能量回用率提升100%以上，以三效膜蒸馏为例，其GOR与膜通量乘积可达到10以上。.进而，针对多效膜蒸馏过程传质传热特性，考虑膜两侧的热、凝流场特性对过程传热传质及能量效率的影响，研究了升温减压蒸发区组件壳程负压、管程原料液与壳程蒸汽的温度、流量等参数沿中空纤维膜组件轴向的变化规律，及其对过程通量等性能的影响规律。探索了传质与传热过程的协同作用机制，建立了多效膜蒸馏过程的传质传热模型。探明了多效膜蒸馏各区域间的膜组件结构、膜面积配置对物料及能量分配、过程能量效率的影响规律。结果表明，造水比的计算值与实验值的相对偏差均在±8.0%以内，所建立的经验公式能很好地预测过程通量和造水比的变化。