太阳能膜蒸馏传质传热机理分析计算.doc

中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123306
太阳能膜蒸馏传质传热机理分析计算
杨晓宏1 田瑞1,2 马淑娟 1 李嵩3
(;,呼和浩特010051;
,北京 100084)
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摘要:分析了太阳能空气隙膜蒸馏传质传热过程,提出了空气隙膜蒸馏在传质过程中的间隙冷凝现象,通过分析传质传热机理,建立了膜通量的理论计算模型方程组,针对3种不同结构参数的国产膜材料,在一定实验操作条件,冷热端为30℃-70℃温差范围内,采用MONTE CARLO方法进行了理论求解,分析表明,由于模型并未考虑分水盘的旋流作用对温度、浓度极化的削弱作用,其理论计算值比实验值小,误差在20%以内,传质传热模型为深入研究膜蒸馏机理奠定了基础。
关键词:空气隙膜蒸馏;机理分析;传质通量
1 引言
膜蒸馏(Membrane Distillation简称MD)技术始于六十年代的美国,是近几年发展起来的一种新型膜分离技术。它是[1]利用高分子疏水性微孔膜提供很大的传质表面来实现水溶液汽化和传质的分离过程,从而达到蒸馏的目的。其传质推动力是膜热侧和冷侧之间温度差所引起的传递组份气相压差。根据凝结方式不同[2],分为直接接触膜蒸馏(简称DCMD)和空气隙式膜蒸馏(简称AGMD )等方式。膜蒸馏具有低的运行温度及操作压力、较高的截止率(可达到100%)、结构紧凑设备简单等工程优势。利用太阳能、风能等低品位能源在海水、苦咸水淡化以及超纯水制备等方面具有广阔的应用开发前景。膜蒸馏虽然具有以上优点,但目前仍存在着膜价格非常昂贵、膜蒸馏通量较小、膜蒸馏过程中传热传质机理不十分清楚等尚待解决的问题,这些工程问题制约了它在商业上被广泛推广应用。本文设计了一种利用太阳能的膜蒸馏组件,通过分析传质、传热机理,为深入研究太阳能和膜蒸馏耦合系统奠定理论基础。
实验装置

实验装置如图1所示,由太阳能集热系统,热工质循环系统、膜组件、冷水循环系统、流量测量系统组成。核心部分新型多层并接式膜组件为本课题组自行设计,如图2所示,热容腔采用φ160mm×50mm的尼龙制作,主要由进水管、出水管、链接构件、分水盘、膜、热腔体边框等主要部件构成。分水盘与膜平行设置,其间距可调,在膜和分水盘之间形成一定的空间即膜热腔体;由热腔体边框、链接构件和两个对称的分水盘形成的空间为进水腔体;由链接构件、分水盘和出水管形成的通道为出水腔体。从恒温水浴器出来的热工质通过进水管进入进水腔体后,再通过分水盘的开槽并以强烈的旋转入流冲刷膜面,部分热工质以蒸汽形式透过膜孔,其余的热工质由分水盘的中心开孔进入到出水腔体再流回到热端的恒温水浴器中,从而形成了热工质的循环流动。在膜组件冷热容腔的进出口、膜面、冷壁上均布置了热电偶,热电偶将采集电信号转换成数字信号在智能巡检议上显示出温度值,再经过满度修正得到测量点的真实温度值。基金项目: 内蒙古自治区重大自然科学基金(2010ZD09);
作者简介:女,1971-,内蒙古工业大学,副教授,硕士,太阳能膜蒸馏技术。
图1太阳能膜蒸馏系统流程图

图2新型并接式空气隙膜蒸馏组件