用于膜蒸餾海水淡化的中空纖維膜組件性能研究

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1、北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文用于膜蒸餾海水淡化的中空纖維膜組件性能研究姓名：郝高峰申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：化學(xué)工程指導(dǎo)教師：丁忠偉20090520摘要用于膜蒸餾海水淡化的中空纖維膜組件性能研究膜蒸餾(MD)是一種新型膜分離技術(shù)，可用于海水和苦鹽水淡化、熱敏性物質(zhì)濃縮等諸多方面。研究用于膜蒸餾過程的組件性能，從而解決它在實(shí)際運(yùn)用存在的相關(guān)問題，具有重要的理論和實(shí)際意義。本文以用于膜蒸餾的中空纖維膜組件為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究了封裝分率、操作方式、膜面積對(duì)組件性能的影響，并對(duì)膜組件進(jìn)行模擬計(jì)算，確定了影響組件性能的主要因素。并在此基礎(chǔ)上，對(duì)膜組件

2、的構(gòu)型進(jìn)行了改進(jìn)，取得了較為理想的效果。以溝流效應(yīng)為理論依據(jù)，對(duì)組件封裝分率與跨膜通量之問的關(guān)系做了定性分析。通過改變組件有效長(zhǎng)度和組件內(nèi)徑的方式制得了一系列膜面積相同而封裝分率不同的中空纖維膜組件，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在相同實(shí)驗(yàn)條件下，隨著封裝分率的提高，流體分布更加趨于均勻，溝流效應(yīng)降低，跨膜通量增加。也正是由于膜絲的非均勻分布，才使得熱料液走管程和走殼程兩種操作方式存在一定的差異。對(duì)一系列膜面積不同的組件進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，組件跨膜通量隨膜面積的增加明顯下降，而總產(chǎn)量則有所增加。以努森一分子擴(kuò)散模型為基礎(chǔ)，從理想

3、中空纖維膜組件的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，用Voronoi網(wǎng)格法確定了實(shí)際組件中的膜絲分布和殼程流體分配原則，并對(duì)其進(jìn)行模擬計(jì)算，從理論上驗(yàn)證了膜絲在殼程的非均勻分布對(duì)組件性能的影響，并確定了影響組件性能的主要因素。針對(duì)于常規(guī)平直式膜組件存在的缺陷，對(duì)膜組件的構(gòu)型進(jìn)行了改進(jìn)，研制了纏繞式膜組件和分散網(wǎng)式膜組件，并對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試。研究結(jié)果表明，纏繞式膜組件和分散網(wǎng)式膜組件可以顯著善殼程流體分布和流動(dòng)狀況，減輕溝流和死區(qū)現(xiàn)象，強(qiáng)化傳質(zhì)、傳熱過程。上述研究結(jié)果對(duì)制備用于膜蒸餾的大型中空纖維膜組件具有一定的．指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：膜蒸餾，中空纖維膜組件，封

4、裝分率，跨膜通量，產(chǎn)量IlABSTRACTSTUDYoNTHEPERFoRMANCEoFHOLLOWFIBERMEMBRANEMODULEEMPLOYEDINMEMBRANEDISTILLATIoNFORDESALIN-▲TIoNABSTRACTMembranedistillation(MD)，whichisbeingdevelopedfordesalinationandconcentrationofthermallylabilesubstances，isarelativelynewseparationtechnique．Studyo

5、ntheperformanceofmembranemodulesemployedinMDandsolvethecorrelativeprobleminapplicationhavemuchacademicandpracticalsense．Thisresearchworkmainlyinvestigatedtheeffectofthepackingdensity,operatingmannersandthemembraneareaonmodule．Andthentookanalogcomputationandascertainedma

6、jorfactoraffectingthemodule．Onthisfoundation，weimprovedtheconfigurationofthemoduleandgotpreferablyidealeffectiveness．Basedonthechannelingeffect，thequalitativeanalysisabouttherelationbetweenthepackingdensityandmodulefluxwasmade．Aseriesofhollowfibermembranemoduleswithsame

7、membraneareaanddeferentpackingdensityweremadebychangingtheeffectivelengthandinsidediameter．北京化工人學(xué)壩上學(xué)位論文Comparisonbetweenthetrans—membranefluxinsameconditionshowsthatthedistributionofflowinshellsidebecamemoreequalwiththeincreaseofthepackingdensity,SOthechannelingeffectwa

8、smitigatedweakenedandmasstransferwasenhanced．Andjustbecauseofthemaldistributionofhollowfibermembrane，thediffer