气隙式膜蒸馏技术研究现状和应用

在低碳经济的发展背景下,膜蒸馏技术作为一种兼具优异分离性能和节能潜力的新型分离技术而备受重视。气隙式膜蒸馏作为一种高热效率的膜蒸馏形式,其节能优势更为显著。本文总结了国内外与气隙式膜蒸馏技术相关的研究进展,从传质传热模型、数值模拟和膜组件结构几个方面指出了膜蒸馏技术的主要研究方向。重点介绍了膜蒸馏过程优化的研究和技术应用现状。膜蒸馏过程优化包括通过膜组件结构设计优化、使用改性膜、外加物理场等方式以提高膜通量或减小膜污染。在应用方面,气隙式膜蒸馏技术主要应用于海水淡化、高浓度工业废水处理和浓缩加工等领域。

超疏水金属基膜的制备及其在气隙式膜蒸馏中的应用

通过铜电沉积+原位氧化+化学修饰的方法在2 000目不锈钢网基体上制备了超疏水不锈钢基膜(SH-SSM),并应用于气隙式膜蒸馏(AGMD)。采用扫描电镜、接触角测量仪、X射线衍射仪和X射线能谱仪对所制备的疏水表面进行表征。探究了最佳的化学修饰条件及所制备的SH-SSM在气隙式膜蒸馏中的运行情况。结果表明,当正十二硫醇用量为2μL/cm~2时能够制备出水接触角为164°、滚动角为1.7°的超疏水表面。SH-SSM在气隙式膜蒸馏组件处理30 g/L NaCl溶液的过程中显示出良好的稳定性和耐用性,运行10 h内的膜通量维持在4.5 kg/(m~2·h)左右,盐的截留率大于98.5%。

气隙式膜蒸馏处理模拟放射性废水

对采用自制气隙式膜蒸馏装置净化处理质量浓度为1g/L Sr2+和离子质量浓度均为10g/L的Co2+、Sr2+、Na+、Ca2+四种离子混合模拟放射性废水进行了研究。结果表明:膜蒸馏技术对1g/L Sr2+料液中Sr2+截留率可以达到99.999%以上,去污系数(DF)在105以上;处理离子质量浓度均为10g/L的Co2+、Sr2+、Na+、Ca2+四种离子混合料液时,膜蒸馏对Sr2+、Co2+截留率均接近100%,DF(Sr2+)达1×106,DF(Co2+)达1×107;料液温度和料液流速对膜通量有一定影响,无论是提高料液温度,还是增加料液流速,均可以有效提高膜通量。在保证净化效果的情况下,在料液温度75℃,料液流速7L/min时,处理1g/L Sr2+膜通量可以达到4.15kg/(m2·h)。对离子质量浓度均为10g/L的Co2+、Sr2+、Na+、Ca2+四种离子混合料液进行处理时,膜通量也达到3.88kg/(m2·h)。

气隙式膜蒸馏传递过程的研究

本文用气隙式膜蒸馏装置测定了膜两侧流体的温度、流量及料液浓度对膜蒸馏通量的影响，并从理论上描述了传热、传质过程，建立了可以预测膜蒸馏过程渗透通量的数学模型。实验结果与模型预测吻合较好。

调气隙式自动消弧装置测量原理研究

简要地介绍了调气隙式自动消弧装置的组成,重点分析了系统正常运行时,由于串联谐振法利用比较电感电流法找谐振点在实践中无法实现,因而提出了用比较电感上的电压的方法找到最大值点,并推导出此点上系统对地容抗的关系式,从而计算出系统的电容电流,这实际上是对串联谐振法的变形应用。还分析和推导了系统在单相接地故障时,计算电容电流的关系式。由于在分析和推导中考虑了阻尼电阻和接地变压器零序阻抗的影响,电容电流的计算结果准确,重复性很好。

直接接触式与气隙式膜蒸馏的比较研究

采用模拟计算和实验的方法对直接接触式膜蒸馏 (DCMD)和气隙式膜蒸馏 (AGMD)过程进行了比较研究。模拟计算及实验结果表明 ,AGMD中的气隙构成了过程的主要阻力 ,使得跨膜温差远小于膜两侧流体主体温差 ,这是两种膜蒸馏方式行为差别的主要原因所在。与AGMD相比 ,DCMD不仅膜通量水平高 ,而且膜通量对操作条件反应灵敏 ,易于实施过程的强化。而DCMD的热效率与AGMD相比差距并不太大。

新型气隙式膜蒸馏组件脱盐过程

利用基于聚丙烯中空纤维膜和聚丙烯中空纤维换热管的新型能量回收式膜组件(AGMD-HF),以70 g·L-1的氯化钠溶液为研究对象,考察了膜组件长度和膜孔径大小对膜组件脱盐性能的影响。为直接衡量操作条件、组件参数以及温差、浓差极化现象对传质系数的影响,引入总传质系数,并研究进料温度和膜孔径对总传质系数的影响。实验结果表明,总传质系数随着温度的升高、膜孔径的增大而增大,提高膜孔径可有效提高总传质系数,同时可有效提高通量和造水比。通量随组件长度的增大而减小,而造水比增大,因此在应用过程中可综合考虑通量和造水比以便选择合适的组件长度。

气隙式膜蒸馏技术研究进展

介绍了当前气隙式膜蒸馏技术的最新研究进展,着重对气隙式膜蒸馏使用的膜材料和膜组件、太阳能气隙式膜蒸馏系统以及计算机模拟技术辅助气隙式膜蒸馏过程进行了介绍。列举了气隙式膜蒸馏在不同领域的应用现状。认为气隙式膜蒸馏具有热效率高和技术适应性较强等优势,但同时存在膜通量较低的问题。可以从设计新型膜组件、回收产水中的潜热、提升热效率、结合太阳能集热器及太阳能光伏发电模块等方面进行改进,有望在不久的将来使气隙式膜蒸馏过程成功放大并实现其工业化应用。

膜蒸馏过程传递机理研究进展(Ⅱ)气隙式膜蒸馏

在国内外近十多年研究成果的基础上,综述气隙式膜蒸馏在传递方面的研究进展.主要阐述气隙式膜蒸馏过程的传热、传质机理,分析了温度、流速、气隙宽度、膜结构参数等因素对传质、传热过程的影响,对未来的研究提出了一些建议.

套管型气隙式膜蒸馏组件性能模拟及优化

提出了一种结构简单、制作方便的套管型气隙式膜蒸馏组件,给出了膜组件的特性方程组,编制了膜组件性能模拟软件,对套管内直径、中空纤维疏水膜内直径、膜孔直径、膜孔隙率、料液流量、料液进膜组件温度6个关键参数对膜组件性能的影响进行了分析.以某热敏料液浓缩为背景,给出了膜组件的优化设计参数:中空纤维疏水膜内直径为0.700 mm,外直径为1.00 mm,套管内直径为5.00 mm,外直径为6.00 mm,长度为500 mm,膜孔直径为0.300μm,膜孔隙率为0.800,膜组件壳体内直径为50.0 mm.在此设计参数下,当膜组件料液流量为70.0 g/s、被预热液流量为70.0 g/s、料液进膜组件温度为80.0℃、被预热液进膜组件温度为50.0℃时,膜组件膜通量为11.2 kg/(m^2·h),产水速率为3.56 kg/h,热负荷为2.39 kW,热效率为0.955,非挥发性组分截留率可达99.9%.

新型气隙式膜蒸馏组件盐水浓缩的试验研究

利用新型气隙式膜蒸馏组件对氯化钠溶液进行膜蒸馏试验研究。考察了进料温度、流速、浓度对膜通量、造水比和截留率的影响。结果表明,膜通量和造水比随着进料温度T3升高而增大,随着进料浓度的增加而减小;料液流量增加时膜通量增大,造水比降低;试验过程中截留率基本保持不变,稳定在99.8%以上。当料液浓度为3.0%,进料温度T1为30.0℃,T3为95.0℃、流量为7.0 L/h时,膜通量为4.1 L/(m2·h),造水比为7.0,截留率可达99.8%,经过60 d浓缩试验后,膜通量、造水比和截留率均保持稳定。

气隙式膜蒸馏法分离浓缩透明质酸水溶液的研究

介绍了应用气隙式膜蒸馏分离技术对透明质酸热敏性水溶液的浓缩分离情况。结果表明，使用膜孔径为０２μｍ的聚四氟乙烯微孔疏水膜可使原料液的浓度提高１６倍以上，透明质酸截留率为８０％以上。探讨了循环时间、平均温差、热侧温度等条件对分离效果的影响。

新型卷式气隙式膜蒸馏组件制备及脱盐过程

气隙式膜蒸馏具有热效率高和技术适应性强等优势,但其特有的气隙层也会使得传质阻力增加,导致过程膜通量较低.真空膜蒸馏则由于渗透侧为负压环境而具有较大的膜通量.结合聚四氟乙烯(PTFE)平板膜和改性后的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维换热管的性能特点设计出一种新型卷式气隙式膜蒸馏(SW-AGMD)组件,并在料液的渗透侧引入负压环境,以质量分数3.5%,的氯化钠溶液为研究对象,系统考察了膜组件参数和实验操作条件对膜组件脱盐产水性能的影响.实验结果表明:提高膜孔径可有效提高膜通量和造水比;组件有效长度增加,膜通量减小而造水比增加;进料流量、热料液和冷料液进料温度的改变对组件膜通量和造水比的影响显著;渗透侧真空度在一定范围(0~0.04,MPa)内升高,膜通量和造水比均随之增大,超过这一范围后,继续增大真空度,膜通量仍增大,造水比则出现下降趋势.实验过程中产水电导率始终保持在30,μs/cm以下,得到的最大膜通量和造水比分别为16.38,kg/(m^2·h)和3.22,远高于同类型的其他气隙式膜组件.

气隙式膜蒸馏过程的实验研究

通过在超声激励气隙式膜蒸馏系统上进行实验,研究了膜蒸馏通量的影响因素,结果表明:超声激励会使膜通量显著增大,最大膜通量达到110kg/(m2·h);提高料液流量可增大膜通量;减小间隙、增大温差,膜通量增加;随着盐溶液浓度增大,膜通量减小.

气隙式热开关传热特性研究

本文介绍了一种新型低温热开关的工作原理。考虑到热开关充入的气体在连续介质区和自由分子状态的传热以及肋片沿轴向的导热对热开关的传热特性进行了详细的理论分析。建立了该种热开关传热的理论模型。给出了肋片的厚度、长度、气隙宽度、外壳壁厚与导通热导之间的关系曲线以及气体压强、外壳厚度与关断热导之间的关系曲线。

反渗透浓水预处理对气隙式膜蒸馏性能的影响

针对含有Ca2＋、Mg2＋及SiO32-的反渗透（RO）浓水,提出了化学除硬→絮凝沉淀→离子交换→超滤处理的新型预处理流程.研究了该预处理方法对RO浓水中易结垢离子的去除效果,及其对气隙式膜蒸馏（AGMD）性能的影响.实验结果表明,经过该预处理过程后Ca2＋、Mg2＋和SiO32-的含量均低于5 mg/L.与常规的除硬处理不同,经过该预处理过程后,RO浓水中的难溶盐CaCO3、Mg （OH）2均未达到饱和,进行膜蒸馏浓缩时,不会立即在膜表面沉积.经预处理后,原RO浓水中的主要成分为NaCl,其可在膜蒸馏浓缩得到结晶固体.未经预处理的RO浓水浓缩7倍时,产水通量衰减了40.55％,电导率增大了22.71％,CODCr含量为40～60mg/L;对于预处理后的浓水,该衰减程度减小24.02％,且产水电导率保持相对稳定,COD含量低于10 mg/L,产水可以用作工业循环冷却水和工业洗涤水,经活性炭吸附后可用作锅炉用水.预处理后的RO浓水进入AGMD装置浓缩168 h,产水通量衰减缓慢,产水电导率一直维持在5 μS/cm以下,整个过程中COD均小于10mg/L.

气隙式膜蒸馏处理低放废液

低放废液在放射性废液里占有很大的比例,我国制定了严格的排放标准,尤其是对内陆核电站,需要选择更高效的处理技术,有必要研究膜蒸馏处理低放废液后的净化效果。基于气隙式膜蒸馏装置研究对模拟低放废水中微量的Sr^(2+)和Cs+的净化效果,以及温差和流速对净化效果的影响,对某乏燃料后处理厂里的低放废液进行处理。结果表明:膜蒸馏装置对微量的Sr^(2+)和Cs+平均截留率均大于99.99%,去污因子可以达到104量级以上;流速和温差对膜蒸馏装置的净化效果基本没有影响;对没有进行任何预处理后处理厂的低放废液,膜蒸馏装置连续处理4天多,处理后的馏出液的平均总α活度浓度为0.04Bq/L,平均总β活度浓度为15.13Bq/L,远低于该厂的排放标准。

调气隙式消弧装置新型测控系统研制

为满足用户对自动化产品新增功能的需要,研制了调气隙式消弧装置的新型测控系统。从保证测量精确性和控制准确性两个方面入手,并考虑到用户的需要,选用嵌入式PC作为核心,进行了软硬件的设计;针对现场干扰严重的情况,采取了有效的抗干扰措施。模拟电网试验和挂网运行试验表明,装置的整体性能提高,满足配电网不断发展的需要。

气隙式膜蒸馏法浓缩氢氧化钠溶液的实验研究

利用能量回收气隙式膜蒸馏组件浓缩氢氧化钠溶液,研究了进料温度、流速、浓度对膜通量、造水比和截留率的影响.结果表明,膜通量和造水比随着进料温度T_3升高而增大,随着进料浓度的增加而减小;料液流量增加时膜通量增大,造水比降低.当料液浓度为110g/L,进料温度T_1为40.0℃,T_3为95.0℃、流量为15L/h时,膜通量为6.3kg/(m^2·h),造水比为5.1,截留率可达99.9%.

气隙式膜蒸馏处理模拟放射性废液

采用气隙式膜蒸馏对模拟放射性废液的处理进行了工艺实验研究,以膜通量和Cs^(+)、Sr^(2+)、Co^(2+)、UO_(2)^(2+)的截留率为评价指标,对聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯(PP)疏水膜进行了性能比较分析,并重点讨论了料液温度、料液流速、气隙厚度等因素的影响规律。结果表明:料液温度的变化对膜通量的影响最为明显,升高料液温度可以显著提高膜通量,料液温度从60℃升高到90℃,孔径为0.22μm的PTFE膜通量从4.79 kg/(m^(2)·h)提升到了16.24 kg/(m^(2)·h);增大料液流速可在一定范围内快速提高膜通量,但随着流速的增大,膜通量的提高速率减慢;加大气隙厚度会使膜通量下降;在实验考察的条件范围内,改变工艺条件参数对离子的截留率没有明显的影响。在上述三种疏水膜中,孔径为0.22μm的PTFE膜对离子的截留性能最佳,对上述离子的截留率均在99.97%以上,是更适合应用到膜蒸馏处理放射性废液过程的膜材料。