空气隙膜蒸馏是一种新型的膜蒸馏技术 放射性, 有害物质, 海水淡化, 技术

topyq2003

　　空气隙膜蒸馏是一种新型的膜蒸馏技术，它除了具有一般膜蒸馏器具有的可用廉价能源（工业废热、太阳能和地热等）、常温常压操作、蒸馏液纯度极高、蒸馏液不发生化学反应等优点外，空气隙膜蒸馏还由于热液蒸汽与冷却液不直接接触，而具有蒸馏液可单独收集及热效率很高的特有优点，因而其应用领域更为广泛，特别适用于有腐蚀性溶质或溶剂的提取以及对放射性废液处理，工业、食品和药物等废液中有用或有害物质提取，海水淡化、地下水处理和饮用水制备等，这是其它蒸馏或分离技术无法替代的。
　　膜蒸馏的主要缺点是蒸馏通量小，一般的空气隙膜蒸馏系统的蒸馏通量比直接接触式膜蒸馏（蒸馏通量在 2.8～129kg/m2h，而空气隙膜蒸馏最大通量为 28kg/m2h）更小，这是阻碍空气隙膜蒸馏推向工业应用的主要问题。如能发展一种高通量的空气隙膜蒸馏组件，使其蒸馏通量能接近或超过直接接触式膜蒸馏通量，对空气隙膜蒸馏系统的应用推广很有意义。膜蒸馏的传质传热涉及到膜的多孔结构、相变等因素，机理研究难度大，尚待完善，特别是现有空气隙膜蒸馏传质传热模型均作空气隙中无冷凝假定，但在我们的实验中可以明显的看到蒸气在空气隙中凝结的现象。空气隙中的冷凝程度对传质传热影响很大，所以深入的机理研究必须考虑空气隙中的冷凝问题。
　　膜蒸馏器技术发展的主要方向是开发新的膜材料和开发新的膜组件、提高系统的蒸馏通量和热效率，前者属于高分子材料和化学工程，后者属于传质传热和机械工程，两方面应共同解决，相互促进。如何提高蒸馏通量是空气隙膜蒸馏的重要研究方向，为此许多学者采用各种手段和方法来提高系统的蒸馏通量，主要有机械与电磁搅拌、超声激励等，但这些手段对蒸馏通量的改善有限，而且还需昂贵的附加设备，难以推广。本文发展了一种新的空气隙膜蒸馏膜组件，其特点是采用可调切向旋流供液改善膜面温度极化和浓度极化，并采用很小的空气间隙使膜面与冷壁部分接触提高传热传质效率，在 20cm2工作膜面积的空气隙膜蒸馏系统中，在冷热自来水温差为55oC 的条件下，蒸馏通量可达 110kg/m2h，是文献[12，13]给出蒸馏通量的三倍。
　　目前在已积累大量实验数据基础上，开展理论分析并推广到大膜面组件和工程实际应用。本文探索了这种新型膜组件的传热传质机理，建立相应的传热传质模型及数值分析软件和优化设计方法，并有实验考核。其特色是考虑空气隙内蒸汽冷凝、膜面变形及膜面与冷壁接触对蒸馏通量的影响，为发展新型高通量膜蒸馏系统奠定理论基础。