探索膜蒸馏组件设计及过程模拟计算

《探索膜蒸馏组件设计及过程模拟计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、天津大学硕士学位论文膜蒸馏组件设计及过程模拟计算姓名：乞炳蔚申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：李保安20090801摘要膜蒸馏是在上个世纪八十年代初新发展起来的一种新型分离技术，是膜分离技术与传统蒸发过程相结合的新型膜分离过程，它与常规蒸馏一样都以汽液平衡为基础，依靠蒸发潜热来实现相变。减压膜蒸馏是膜蒸馏四种操作方式中的一种，具有膜通量大、分离系数高、设备简单、易于操作和实现等特点，能够被广泛应用于易挥发组分的脱除和海水、苦咸水淡化等方面。在国家提倡建设和谐社会的今天，研发和利用膜蒸馏技术来实现海水淡化、节能减排和废水的综合利用，具有重要的意义。本文针对膜蒸馏技术核心部分膜

2、组件提出了改进措施，以使得组件内流体分布均匀，最终提高膜的通量。以计算流体力学CFD以及实验相结合的方法，论证了液体分布器的改进对于提高膜通量是非常有效的。提出了完整的膜蒸馏通量的计算方法，与实验结果相比较，此方法在较大的操作条件范围内与实验是一致的。并在此方法的基础上，提出了不同条件下促进传质与传热的措施。分析表明：当流速在90cm／min-lOOcm／min时，通量计算值与实验值较流速在lOOcm／min以上时偏差较大，这是因为当流速较低时，膜组件内的流体流动未达到稳定的状态，传热速率变化较大，故计算值与实验值有较大偏差。而在流速达到lOOcm／min以上后，膜组件内流体流动状

3、况达到稳态，传热速率也进入了稳定传热的阶段，计算值与实验值吻合较好。流速为160cm／min时，膜通量随流速的增加变化很小，此时可以认为组件内流体流动已经最大程度的降低了温度极化效应，再增加流速对于强化传熟的意义已经不大，流速过大反而会使得膜丝容易破坏，适合本实验膜丝的最佳流速应在160cm／min左右。温度对通量以及热效率都有一定影响，随温度的升高通量和热效率都有增加，但是提高温度需要消耗热量为代价，考虑膜蒸馏操作成本，操作温度在800C-900C间是比较合适的。真空度同样对通量以及热效率有着直接的影响，在实际应用中，采用较大的真空度虽可使得膜通量增大，但从动力消耗的角度考虑，不

4、宜采用过大的真空度。从热效率的角度看，真空度范围在0．06-0．07MPa较为合适，此时热效率仍可保持在较高的数值，本论文模拟结果为0．87。总之，本论文通过对所述膜蒸馏组件液体分布器的设计，提出在组件内流场均匀条件下的通量计算方法，深入揭示了膜蒸馏过程的传质、传热机理，最大限度地克服了膜蒸馏过程中的温度极化效应；为进一步改进组件设计以及完善膜蒸馏理论基础提供了一些指导意见。关键词：减压膜蒸馏CFD模拟通量计算方法中空纤维ABSTRACTMembranedistillation(MD)isanewtypeofpurificationtechnologydevelopedin1980

5、’Slastcentury,whichisanewprocessofthemembranetechnologYcombinedwiththetraditionalevaporationprocess．Basedontheequilibriumbetweenthevaporandtheliquid，phasechangeofmembranedistillationdependsOnthelatentheatoftheevaporation，SOdoesthetraditionalone．Vacuummembra【nedistillation(VMD)isoneofthefourcon

6、figurationsofMD，whichhassomecha托lcteristicssuchashighwaterproduction，goodseparationcoefficients，simpledevicesandeasytooperateandrealize．VMDcanbewidelyusedinseveralfields，suchasremovalofthevolatileconstitutionsanddesalinationoftheseawaterandthebitter．Now．ourcountryadvocatesbuildingtheharmonious

7、society，itismeaningfultodevelopandusethemembranedistillationtechnologytorealizethedesalinationofseawater，energy。savingandemission—reductionandcomprehensiveutilizationofwastewater．Basedontheconclusionofthelatestreferenceinthisfield，astot