基于粗糙表面膜的真空膜蒸馏过程研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文基于粗糙表面膜的真空膜蒸馏过程研究论文作者：张辉学生类别：全日制学科门类：工程硕士学科专业：化学工程指导教师：王志英职称：副教授资助基金项目：河北省高等学校科学技术研究重点项目（ZD2015107）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemicalEngineeringResearchOnVMDProcessBasedOnRoughSurf

2、aceMembranebyZhangHuiSupervisor:AssociateProf.WangZhiyingMay2017ThisworkwassupportedbykeyprojectofscientificandtechnologicalresearchofHebeiProvincialUniversity（No.ZD2015107）摘要膜蒸馏（MD）是一种膜技术与传统蒸馏方法结合的低能耗、高截留率的液体分离过程，该过程采用疏水微孔膜作为屏障，热侧待处理料液与疏水膜接触，易挥发组分汽化

3、后跨膜传递至膜下游侧，从而达到分离目的。近年来，高性能疏水微孔膜的制备技术报道频现，尤其是高度疏水或超疏水膜的制备研究备受关注。目前对膜蒸馏过程的研究主要集中在操作条件及膜厚、孔径等结构参数对过程的影响研究，而针对疏水微孔膜表面结构参数对过程影响的研究尚未有报道。本文以低浓度盐水的真空膜蒸馏（VMD）过程为研究对象，综合考察了膜表面微观粗糙结构、膜厚、孔隙率、孔径、曲折因子等对VMD过程通量的影响，建立了相应的传递过程模型。VMD传递过程可分为四个步骤：（1）边界层内的对流传递。针对不同流动状态

4、，得到了不同Re范围下的对流传热、传质系数；（2）粗糙膜表面的汽化传递。此过程为总传递过程的控制步骤，引入了微观凸起的平均宽度作为膜表面结构参数，将粗糙膜表面的汽化液体进行微元处理，得到了膜表面粗糙结构上液滴的蒸发传质速率。（3）蒸汽跨膜传递。跨膜传质过程中气体过膜有三种基本传递机制，计算发现三种机制对传质过程都有影响，所以引入尘气模型（DGM），合理处理了Kundsen扩散、分子扩散和粘性流三种传递机制的关系，得到了跨膜传质系数。（4）蒸汽在膜下游侧冷凝收集。膜下游侧压力较低，传质阻力较小，可

5、忽略不计。在一定操作条件下，分别采用具有不同粗糙表面结构的疏水膜进行VMD实验，得到了膜表面结构参数对VMD过程的影响规律。VMD过程通量随粗糙膜表面凸起平均宽度的减小先增大后减小，当凸起平均宽度为15µm，接触角为150°时，通量最大。实验研究验证了模型的可靠性，并确定了模型参数。关键词：真空膜蒸馏（VMD），模型，粗糙表面膜，传热，传质IABSTRACTMembranedistillation(MD),acombinationofmembranetechnologyandtraditiona

6、ldistillationprocesses,isalow-energyandhigh-rejectionprocessofliquidseparation.Theprocesswasbasedonhydrophobicmicroporousmembraneasabarrier,thehotsideofthematerialtobetreatedwasincontactwiththehydrophobicmembrane,andthevolatilecomponentsweretransferr

7、edtotheothersideofthemembraneaftervaporization,sothattheseparationeffectwasachieved.Intherecentyears,preparationsofhighpropertiesporousmembranehavebeenmoreandmore.Especially,increasingattentionshavebeenabsorbedonpreparationofhighlyhydrophobicorsuperh

8、ydrophobicmembranes.Atpresent,theresearchonmembranedistillationprocessmainlywasfocusedontheinfluenceofoperatingparametersandmembranethickness,poresizeandotherstructuralparametersontheprocess,andthestudyofthesurfacestructureofhydrophobicmicroporousmem