PDF《膜蒸馏》

膜蒸馏 膜蒸馏于 60年代中期由M E Findley提出,80年代发展起来的一种新型膜分离技 术.

以其能常压低温操作、可利用废热、 适于小规模淡化和浓缩等一系列优点,被 用于海水淡化、超纯水的制备、非挥发性 物质水溶液的浓缩和结晶、挥发性物质水 溶液的浓缩和分离等方面,可望成为一种 廉价、高效的分离手段. 膜蒸馏原理 膜蒸馏是膜技术与蒸发过程相结合的膜分离过程,其所用 的膜为不被待处理的溶液润湿的疏水微孔膜.膜的一侧与热 的待处理的溶液直接接触 (称为热侧 )(膜憎水的本性使得水 溶液不能渗透过孔,而在每个孔入口处形成气液接触),另 一侧直接或间接地与冷的水溶液接触 (称为冷侧),热侧溶液 中易挥发的组分在膜面处汽化通过膜进入冷侧并被冷凝成液 相,其他组分则被疏水膜阻挡在热侧,从而实现混合物分离 或提纯的目的.与渗透汽化过程一样,膜蒸馏是热量和质量 同时传递的过程,是有相变的膜过程,传质的推动力为膜两 侧透过组分的蒸汽压差.因此,实现膜蒸馏需要有两个条 件:(1)膜蒸馏必需是疏水微孔膜(对分离水溶液而言);

(2 )膜 两侧要有一定的温度差存在,以提供传质所需的推动力. 直接接触膜蒸馏(DCMD) 膜的一侧为热溶液,另一侧为冷溶 液(图8-10 a),传质的主要步骤为 (a)水从料液主体扩散到料液侧膜 表面;

(b)水在料液侧表面气化, (c)气化的水蒸汽扩散通过疏水性 膜孔;

(d)疏水性膜在透过侧冷 凝. 空气隙膜蒸馏(AGMD) 透过侧不直接与冷溶液相接触, 而保持一定的间隙,透过蒸汽在冷 却的固体表面(即冷凝壁,如金属 板)上进行冷凝,降低透过侧的压 力,其传质推动力大小与直接接触 膜蒸馏相当,均为水的饱和蒸汽 压,传质步骤的前三步也与直接接 触膜蒸馏相同,从第四步开始,透 过的水蒸汽透过空气滞留层扩散到 冷凝壁表面,并在冷凝壁表面上进 行冷凝. 吹扫气膜蒸馏(SGMD) 与吹扫渗透汽 化 一样,用载气吹扫膜 的透过侧,以带走透 过的水蒸汽,传质过 程也在第四步发生变 化,传质推动力除了 蒸汽的饱和蒸汽压外,还有由于载气的 吹扫而形成的负压, 因此传质推动力比直 接接触式膜蒸馏和空 气间隙式膜蒸馏大. 吹扫或真空真空膜蒸馏(VMD) 透过侧用真空泵抽真空,以造成膜两侧 更大的蒸汽压差,类似真空渗透汽化.传 质的前三步与直接接触膜蒸馏类似,第四 步透过蒸汽可能全部被抽走.在真空膜蒸 馏过程中,因为透过膜的气态物质分子的 平均分子自由程λ一般为

1 μm,远大于 膜的平均孔径,而且膜的下游侧处于真空 状态,只有痕量气体在膜中,所以膜内的 传质过程表现为努森扩散 . 操作膜式 渗透蒸馏(osmotic distillation) "膜蒸馏"这一名称用于含有以 下特征的膜过程 ? ・膜应为多孔的 ;

? ・膜应不被所处理的液体所浸润;

? ・膜的孔隙中不应有毛细冷凝 (capillary condensation);

? ・膜不能改变处理液各组份的汽-液平 衡;

?・膜至少有一侧与所处理液体直接接触 ;

? ・对每一种组份而言,此种膜过程的推动 力为该组份在汽相中的分压差. 膜蒸馏的应用 膜蒸馏的应用领域主要取决于膜的润湿 性,因此膜蒸馏主要用来处理含无机质 的水溶液,这类溶液和水的表面张力相 差很小,同其多数膜过程一样,产品可 以是渗透物也可是截留物.目前主要应 用于 (1 )海水淡化,(2)超纯水的制 备, (3)无机水溶液的浓缩与提纯, (4)挥发性生物产品的浓缩、回收和去 除,(5)共沸混合物的分离 等. 海水淡化 80年代后期,N. kjellander等首先在 Hono岛上建立了两套中试设备,试验表 明膜蒸馏装置操作稳定,并可得到很纯 的产品. 90年代初,日产淡水