【摘 要】
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吸收膜蒸馏是靠膜两侧的蒸汽压力差实现分离的方法。其系统的进料液和吸收液的温度非常接近甚至相同,水分子以水蒸气的形式进入吸收液侧后冷凝,相应吸收的热量又会传导至料液侧
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吸收膜蒸馏是靠膜两侧的蒸汽压力差实现分离的方法。其系统的进料液和吸收液的温度非常接近甚至相同,水分子以水蒸气的形式进入吸收液侧后冷凝,相应吸收的热量又会传导至料液侧,可以认为吸收膜蒸馏过程不需要消耗水的潜热能。对于其他膜蒸馏过程,虽然推动力同样为冷热两侧的水蒸气分压差,但水蒸气进入冷侧后,其热能会由冷凝过程带出系统,需要消耗水的潜热能,能耗较高,相比之下,吸收膜蒸馏具有能耗低、能在常温常压下操作等优点,因此受到越来越多的关注。膜蒸馏法淡化海水是目前膜蒸馏的重要研究方向之一,但膜蒸馏法的高能耗限制了其在海水淡化方面的研究和应用。而吸收膜蒸馏法由于进料液侧和吸收液侧为等温操作,不需要消耗潜热能,能极大地降低能耗,因此有必要研究吸收膜蒸馏法在海水淡化中的应用,为开发能耗低的海水淡化方法提供研究方向。
本文以海水为浓缩液,葡萄糖溶液为吸收液,进行了吸收膜蒸馏实验研究,通过实验考察了温度、料液及吸收液流速、吸收液浓度对吸收膜蒸馏通量的影响。结果表明:随温度的升高,膜通量增大明显;随吸收液和料液流速的增大,膜通量增大,且料液浓缩倍数较小、浓度较低时,吸收液流速相对料液流速,对通量的影响更大,反之,料液浓缩倍数较大、浓度较高时,料液流速的影响更大;随着吸收液浓度的增大,膜通量也相应增大。
应用经典的Maxwell方程作为推导方程,计算得出中空纤维膜导热系数λ=0.044W/m·℃。装填密度对换热器换热系数影响明显,组件的装填密度从2.05%升高到4.10%,换热系数从2615.7W/m2℃下降到690.5W/m2℃,换热系数下降了1.9倍。在保持填充密度不变时,流速对换热器传热系数影响较明显,三种换热丝制成的换热器,其传热系数均随流速的增大而增大。
在现有理论模型的基础上,考虑了温度极化和浓度极化的影响,建立了吸收膜蒸馏过程的质量和热量传递模型,并对模型进行了计算,模型计算值与实验值非常接近。
鉴于相同摩尔分数的葡萄糖水溶液和氯化钙水溶液分别作吸收液时,OD膜通量差别较大,因此从吸收液粘度的角度,计算了粘度对传质系数的影响。计算结果表明,吸收液粘度越高,传质系数越小,越不利于传质,相同摩尔分数的葡萄糖水溶液粘度约为氯化钙水溶液粘度的23倍,后者的传质系数约为前者的1.7倍。因此在实验过程中,应尽量选择粘度较小的水溶液作为吸收液。
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