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反沖洗過(guò)濾器膜蒸餾技術(shù)的發(fā)展方向

反沖洗過(guò)濾器蒸餾技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代的美國(guó)。1963年美國(guó)的Sodell首先在其專利申請(qǐng)中對(duì)膜蒸餾的初步成果進(jìn)行了介紹。1967~1969年,F(xiàn)indley在美國(guó)、Hendergcky在歐洲同時(shí)進(jìn)行了試驗(yàn)。Findley嘗試了多種膜材料,然而膜通量卻非常小,但他預(yù)言只要找到合適的膜材料,這種技術(shù)是很有前途的。進(jìn)入90年代以后對(duì)膜蒸餾的研究逐漸增多,但多數(shù)還是處于實(shí)驗(yàn)研究階段。P. A Hogan與Sudjito等在澳大利亞利用太陽(yáng)能作為熱量來(lái)源進(jìn)行了直接接觸膜蒸餾,實(shí)驗(yàn)證明太陽(yáng)能膜蒸餾在技術(shù)上是可行的,可以進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。機(jī)理研究方面,1995年俄羅斯的Agashichcv和Sivakov基于質(zhì)量和熱量平衡方程,考慮溫度和濃度極化提出直接接觸式膜蒸餾的數(shù)學(xué)模型,但因其過(guò)于復(fù)雜而沒(méi)有被廣泛接受。1998年,Gryta等考慮在溫度極化影響的情況下對(duì)毛細(xì)管狀物膜組件層流問(wèn)題進(jìn)行了研究,并得出了一些理論依據(jù)。

  我國(guó)對(duì)膜蒸餾技術(shù)的研究始于20世紀(jì)80年代,1988年,吳庸烈綜述了膜蒸餾及其相關(guān)的膜過(guò)程、揮發(fā)性溶質(zhì)水溶液的膜蒸餾,微孔膜的透過(guò)蒸發(fā)和蒸發(fā)吸收等膜過(guò)程的發(fā)展、機(jī)理和應(yīng)用等情況。1991年余立新等使用北京塑料研究所提供的孔徑0.3μm、膜厚80μm的聚四氟乙烯微孔膜對(duì)古龍酸水溶液進(jìn)行蒸餾濃縮。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這一方法是可行的,并得出結(jié)論是膜蒸餾可用于熱敏性物質(zhì)水溶液的濃縮,并能很好地發(fā)揮該過(guò)程低溫濃縮的優(yōu)勢(shì)。機(jī)理研究方面,1999年,李憑立等進(jìn)行了膜蒸餾傳質(zhì)的強(qiáng)化研究,提出了傳質(zhì)通量因子的概念。

  20世紀(jì)80年代才開(kāi)始有關(guān)于氣隙式膜蒸餾的研究報(bào)道,而且理論和實(shí)驗(yàn)研究比較少。盡管與直接接觸式膜蒸餾相比,氣隙式膜蒸餾通量低,但是因其熱效率相對(duì)高而且能耗少,冷卻水與凝結(jié)水分開(kāi),各行其道。所以在制取超純水和含揮發(fā)性物質(zhì)時(shí),有著直接接觸式膜蒸餾無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),因此氣隙式膜蒸餾越來(lái)越受到人們的青睞。1989年,Gostod采用PTFE膜,以乙醇水溶液為實(shí)驗(yàn)物系,對(duì)含易揮發(fā)溶質(zhì)水溶液的空氣隙膜蒸餾作了研究,提出用分離因子的概念來(lái)表示揮發(fā)性溶質(zhì)的提純程度,初步探明了揮發(fā)性溶質(zhì)水溶液膜蒸餾的規(guī)律。2000年,閻建民等對(duì)氣隙式膜蒸餾傳遞過(guò)程進(jìn)行研究,他們測(cè)定膜兩側(cè)流體的溫度、流量及料液濃度對(duì)膜通量的影響,并從理論上描述了傳熱、傳質(zhì)過(guò)程,建立了可以預(yù)測(cè)膜蒸餾通量的數(shù)學(xué)模型,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模型預(yù)測(cè)吻合較好。2002年,丁忠偉等采用模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)直接接觸式膜蒸餾(DCMD)和氣隙式膜蒸餾(AGMD)過(guò)程進(jìn)行了比較研究,模擬計(jì)算及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,AGMD中的氣隙構(gòu)成了過(guò)程的主要阻力,使得跨膜溫差遠(yuǎn)小于膜兩側(cè)流體主體溫差,在AGMD中隨氣隙厚度的增加膜通量是下降的,隨氣隙厚度的增大,下降速度有所減緩,為提高AGMD的膜通量,減少氣隙厚度是有效手段之一。

  膜蒸餾技術(shù)主要的房展方向主要有以下幾個(gè)方面:

  (1)研制分離性能好,價(jià)格低廉的膜。目前之所以膜蒸餾與其他分離技術(shù)相比較競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng),一個(gè)很主要的原因是用于膜蒸餾的膜成本較高。迫切需要研制出具有良好分離性能而且價(jià)格低廉的膜以適應(yīng)膜蒸餾的發(fā)展。

  (2)完善機(jī)理模型。機(jī)理模型是進(jìn)行過(guò)程優(yōu)化及設(shè)計(jì)計(jì)算的理論指導(dǎo)。雖然許多研究者已經(jīng)從不同角度對(duì)膜蒸餾的機(jī)理進(jìn)行了研究,但仍存在著不少缺陷,有必要加以進(jìn)一步完善。

  (3)提高熱量利用率。膜蒸餾是具有相變的、需要消耗熱量的過(guò)程,熱量利用率是它的一個(gè)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。膜蒸餾中不可避免地存在著因熱傳導(dǎo)造成的熱量損失,如何減少這部分熱量損失,是值得研究的重要課題。

  (4)發(fā)揮常壓低溫脫水的優(yōu)勢(shì),開(kāi)展應(yīng)用研究。研究表明重點(diǎn)應(yīng)用是熱敏性物質(zhì)水溶液的濃縮。另外,膜蒸餾過(guò)程簡(jiǎn)單和設(shè)備技術(shù)要求不高等特點(diǎn),很適合于小規(guī)模的鹽水淡化,這對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)及野外作業(yè)人員解決飲用水問(wèn)題有著重要意義。

  (5)和其他過(guò)程的結(jié)合。膜蒸餾可與其他分離過(guò)程相結(jié)合,以提高分離效率如反應(yīng)與蒸餾的集成、滲透蒸發(fā)與膜蒸餾的結(jié)合。

  (6)加強(qiáng)對(duì)減壓膜蒸餾的研究。在四種膜蒸餾方式中,減壓膜蒸餾的通量相對(duì)較大,而且操作過(guò)程中膜不易損壞,下游側(cè)的阻力也較其他三種小。 

 

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