以太陽能為熱源的真空膜蒸餾組件與系統(tǒng)研究.pdf

1、膜蒸餾是一種新型的膜分離技術(shù)，可用于海水和苦咸水淡化等領(lǐng)域。目前膜蒸餾海水淡化存在水通量低、產(chǎn)水成本高等問題，制約了其大規(guī)模應(yīng)用。因此，深入研究膜蒸餾系統(tǒng)，提高膜蒸餾海水淡化的產(chǎn)率、降低產(chǎn)水成本，具有重要的現(xiàn)實意義。本文將真空膜蒸餾與太陽能集熱系統(tǒng)結(jié)合，從真空膜蒸餾過程設(shè)計出發(fā)，同時對中空纖維膜組件、操作條件等因素對膜蒸餾過程通量的影響進(jìn)行了模擬優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究太陽能真空膜蒸餾集成工藝。 論文首先考察了中空纖維膜組件

2、裝填系數(shù)、組件長徑比、操作條件、膜結(jié)構(gòu)等對真空膜蒸餾過程的影響。結(jié)果表明：膜通量隨組件裝填系數(shù)增加而增加，在裝填系數(shù)約為11％時達(dá)到最大值，隨著裝填系數(shù)繼續(xù)增加，膜通量減少；膜通量隨組件長徑比增加而減少，產(chǎn)水量隨組件長徑比增加而增加，綜合以上兩方面的因素，組件長徑比在4.3-5左右時比較合適；進(jìn)料溫度增加，膜通量顯著增加；料液在層流狀態(tài)下，膜通量隨料液流速增加而顯著增加，在湍流狀態(tài)下，膜通量隨料液流速增加不明顯；增加真空度可以顯著提高膜

3、通量；平均孔徑適中、空隙率大、厚徑比小的膜具有較好的真空膜蒸餾性能。 其次，基于能量衡算建立了膜管內(nèi)熱量傳遞方程，利用數(shù)值逼近法對中空纖維膜內(nèi)溫度分布進(jìn)行了模擬計算；基于氣相傳質(zhì)關(guān)聯(lián)式，將裝填系數(shù)等膜組件參數(shù)以殼程傳質(zhì)系數(shù)形式進(jìn)行關(guān)聯(lián)；在此基礎(chǔ)上利用總傳質(zhì)系數(shù)計算真空膜蒸餾的膜通量。通過實驗結(jié)果與模擬計算結(jié)果的比較表明，該模型具有較高的準(zhǔn)確性。模型模擬了膜組件參數(shù)及膜蒸餾操作條件對真空膜蒸餾過程中溫度和通量的影響規(guī)律，并為預(yù)測系

4、統(tǒng)通量、優(yōu)化系統(tǒng)操作條件提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)。 最后，以杭州地區(qū)太陽輻射的理論數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計算了太陽能真空膜蒸餾集成工藝的生產(chǎn)能力，并研究太陽輻射強(qiáng)度、組件連接方式、組件數(shù)目等因素對該工藝的影響。結(jié)果表明：我國沿海地區(qū)太陽能資源豐富，年產(chǎn)水量約為954kg·m<'2>(太陽能集熱板)。較合適的太陽能集熱板面積與膜面積的比例約為11：1。太陽能真空膜蒸餾集成工藝的日產(chǎn)水量隨太陽輻射強(qiáng)度增加而顯著增加，陰雨天氣時工藝無法正常運(yùn)行。集