化工原理大作业.doc

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1、膜蒸馏过程的研究进展精细132----穆志超中文摘要摘要：膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程，可用于水的蒸馏淡化，对水溶液去除挥发性物质。例如当有不同温度的水溶液被疏水微孔膜分隔开时，由于膜的疏水性两侧的水溶液均不能透过末空进入另一侧，但由于暖侧水溶液与膜界面的水蒸汽压高于冷侧，水蒸气就会透过膜孔从暖侧进入冷侧而冷凝，这与常规蒸馏中的蒸发、传质、冷凝过程十分相似，所以称之为膜蒸馏过程。本文介绍了膜蒸馏技术的发展历程以及膜蒸馏过程的基本概念、最主流的传质和传热机理研究、在各领域的应用概况、优点和缺点，并对膜蒸馏过程中存在的问题给出

2、了相应的对策，最后对膜蒸馏技术的发展和研究趋势作了简要的评述。关键词：膜蒸馏传质机理传热机理应用膜蒸馏技术早在20世纪60年代中期就由MEFindley提出，并在国际上开始了较系统的研究，但由于受到当时技术条件的限制，膜蒸馏的效率不高。在随后的一段时间里出现一些专利对该技术进行改进，但在20世纪60、70年代膜分离研究者致力于采用反渗透、超滤、微滤等膜技术来解决水处理问题，膜蒸馏一直没有引起人们的足够重视，直到20世纪80年代初由于高分子材料和制膜丁艺技术的迅速发展，膜蒸馏才显示出其实用潜力。20多年来对这一新型膜分离过程的研究不断深入，虽然至今还未见大规模工业

3、生产应用的报道，但无论在传质、传热机理方面还是在应用方面的研究都取得了巨大的进步，一些与膜蒸馏相关的膜过程相继出现并同样引起人们的重视。1膜蒸馏原理膜蒸馏（membranedistillation，简称MD）是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程，可用于水的蒸馏淡化，对水溶液去除挥发性物质。例如当不同温度的水溶液被疏水微孔膜分隔开时，由于膜的疏水性，两侧的水溶液均不能透过膜孔进入另一侧，但由于暖侧水溶液与膜界面的水蒸汽压高于冷侧，水蒸汽就会透过膜孔从暖侧进入冷侧而冷凝，这与常规蒸馏中的蒸发、传质、冷凝过程十分相似，所以称其为膜蒸馏过程。2

4、膜蒸馏传质和传热机理研究2.1传质机理20多年来，几乎所有关于膜蒸馏的研究都涉及不同实验条件对传质通量的影响规律，如料液温度、膜两侧温差、料液浓度、料液流动速度等，这些因素对蒸馏通量的影响规律已为人们所熟悉并基本得到共识，而且总结出影响蒸馏通量最根本的因素是膜两侧的蒸汽压力差：J=Km*△P其中Km被称为“膜蒸馏系数”；△P是跨膜蒸汽压力差。一般认为膜蒸馏系数只与膜本身有关，与操作条件无关，Km值的计算基本都是依据气态分子通过多孔介质的3种机理，即Knudsen扩散、分子扩散和Poiseille流动，具体机理的选择是根据气体分子运动的平均自由程入和膜孔径dp的对

5、比，当入<>dp时，气体分子与孔壁碰撞对传质产生重要影响，传质可用Knudsen扩散来描述。由于存在孔径分布，传质过程就不能用单一的机理来描述。区别在于不同的作者对3种机理有所侧重，并采用了不同的数学模型进行处理，但都得到了理论预测和实验数据相符的结果。Phattaranawik等人研究了孔径分布对直接接触式膜蒸馏的影响，认为孔径分布的影响并不重要。一般文献中都采用平均孔径，并认为在3种传质机理中，Knudsen扩散起主要作用。在直接接触式膜蒸馏实验中，采用Knudsen扩散模型进行计算就得到了

6、很好的结果，但研究工作中较多的是采用Knudsen—分子扩散机理，也有的采用了Knudsen扩散—Poiseuille流动机理，最近Ding等人提出基于Knudsen分子扩散-Poiseuille流动的三参数KMPT模型来预测膜蒸馏系数和通量，得到较好的结果。不同作者提出数据处理的数学模型也有很大的差别，但多是以早期提出的数学模型为基础进行修饰或改进，如基于Schofield等人提出的模型、基于经典的尘气（dusty-gas）模型、基于多组分气态扩散的Stefan-Maxwell数字模型。另一种研究传质规律的方法是考察各种参数对通量的影响程度。对纯水膜蒸馏的研究

7、表明，料液温度是影响纯水通量最重要的参数，增加膜厚度会减小通量，但也减小温度极化现象，料液温度升高时，温度极化的影响将变得十分重要。数据处理方法的改进也会减小数学模型预测的误差，任建勋[2]等人在计算中空纤维组件减压膜蒸馏通量时，采用对数平均压差法代替算数平均压差法，提高了计算的精确度。2.2传热机理膜蒸馏过程中的热传递主要由2部分组成，一部分是在传质过程中的汽化—冷凝；另一部分是分离膜本身的热传导。在很多研究工作中对这2种形式的传热速率进行了成功的计算。汽化—冷凝热传递是必须的、正常的，但在渗透蒸馏过程中对通量会造成一定影响：一般认为渗透蒸馏是在恒温下进行的，

8、但实际上由于汽化—冷凝热