全球性的人口增長和能源環(huán)境問題使得水資源短缺日益成為制約人類經(jīng)濟社會發(fā)展的重大議題之一,廢水回收利用和海水淡化等技術是突破這一制約的有效手段。作為眾多水處理技術之一,膜蒸餾(membrane distillation,MD)因具有操作條件溫和、分離效果優(yōu)良和對能源品質(zhì)要求低等特點而被應用于脫鹽、水處理、提純濃縮和食品醫(yī)藥等領域,正受到世界范圍內(nèi)越來越多的關注。但是,該技術也存在著能效較低,使用常規(guī)能源驅(qū)動經(jīng)濟性較差等不足,為此,有必要針對膜蒸餾特性及其相關系統(tǒng)展開研究,以為其實際應用提供理論支撐與參考。首先,本文以膜蒸餾海水淡化為背景,建立了其傳熱傳質(zhì)過程的數(shù)學模型;以膜通量和熱效率為MD特性的評價指標,采用單因素為主、雙因素為輔的分析方法,模擬分析了進料溫度和流量、滲透側(cè)冷卻水進水溫度和流量對膜蒸餾特性的影響及作用機理。結果表明:在所模擬的參數(shù)范圍內(nèi),進料參數(shù)升高對膜通量和熱效率提升具有顯著影響。當進料溫度由55℃C升高至75℃C時,膜蒸餾通量和熱效率分別增長121.03%和20.07%;當進料流量由9.0L/min升高至1l.OL/min時,膜蒸餾通量和熱效率分別增長11.03%和3.85%。其次,考慮到余熱、地熱和太陽能等廉價熱源在驅(qū)動膜蒸餾方面的優(yōu)勢性,本文將MD與吸收式制冷機復合成系統(tǒng),以對低品位熱有效利用,同時又實現(xiàn)對外提供膜蒸餾產(chǎn)水和供應冷量的目的。在復合系統(tǒng)數(shù)學建模的基礎上,模擬了驅(qū)動熱源溫度、制冷機蒸發(fā)溫度和分流比對其性能指標的影響。結果顯示:在所模擬的參數(shù)范圍內(nèi),驅(qū)動熱源溫度和分流比對系統(tǒng)輸出和總效率指標有著較為顯著的影響,而制冷機蒸發(fā)溫度的影響則基本可以忽略。當驅(qū)動熱源溫度由95℃C升高至115℃C時,系統(tǒng)的產(chǎn)水和對外供冷量分別表現(xiàn)出119.56%和81.97%的增幅,與此同時,復合系統(tǒng)的總效率的增幅則為7.36%。當分流比由0增加到1時,復合系統(tǒng)的膜蒸餾產(chǎn)水也由0增長至最大值,而對外供冷量和系統(tǒng)總效率的增減則與之相反,在分流比的變化范圍(0→1)內(nèi),系統(tǒng)總效率由65%降低至18.50%,降幅高達71.54%。分流比的作用特點說明:系統(tǒng)的負荷分配應以制冷為主,附帶制水;為使復合系統(tǒng)總效率不致過低(≤30%),分流比不宜高于0.625。最后,基于對膜蒸餾特性和復合系統(tǒng)的模擬分析,本文在一定的簡化條件下初步選取了使系統(tǒng)性能指標最佳的參數(shù)組合,同時又在膜蒸餾端產(chǎn)水量一致的情況下,比較并分析了不同分流比對復合系統(tǒng)最佳參數(shù)組合的影響。結果表明:在所研究的任一分流比(0和1除外)下,復合系統(tǒng)四個指標(產(chǎn)水量、供冷量、膜蒸餾熱效率和系統(tǒng)總效率)的最大值或最小值均對應MD模塊進料參數(shù)和吸收式制冷機驅(qū)動熱源溫度的最大值或最小值。也就是說,分流比的改變并沒有影響到使系統(tǒng)性能指標最佳的參數(shù)組合,這是因為改變分流比僅影響系統(tǒng)的負荷分配比例,而沒有實質(zhì)性的影響到膜蒸餾端或吸收式制冷機端取得最佳熱效率或COP時的參數(shù)組合。本文的研究可為MD特性分析及膜蒸餾與吸收式制冷機復合系統(tǒng)的設計、運行與參數(shù)選優(yōu)提供一定的理論參考。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：P747
【部分圖文】：

熱敏性物料濃縮等特點而被廣泛應用于有機廢水ｍ、含重金屬或核輻射Ｗ的廢水??處理、海水或苦咸水淡化、果汁濃縮以及食品醫(yī)藥等領域［９１。??圖１．１是以鹽溶液的直接接觸式膜蒸餾過程為例繪制的膜蒸餾基本原理示意??圖。其實質(zhì)是，在疏水微孔膜兩側(cè)蒸氣分壓力差的推動下，膜料液側(cè)的揮發(fā)性組分??（Ｈ２〇）吸熱蒸發(fā)并穿過膜孔，而非揮發(fā)性組分的陰陽離子（－和＋?）則被膜阻隔??無法通過，最終實現(xiàn)溶液的分離或提純１１？１１。??〇?…邏？？？??膜孔??？?？？??ｏ?＂?？?ｖ?？??ｏ?？？?”??料液側(cè)?疏水膜?滲透側(cè)??圖ｕ膜蒸餾基本原理示意圖??－１?－??

熱敏性物料濃縮等特點而被廣泛應用于有機廢水ｍ、含重金屬或核輻射Ｗ的廢水??處理、海水或苦咸水淡化、果汁濃縮以及食品醫(yī)藥等領域［９１。??圖１．１是以鹽溶液的直接接觸式膜蒸餾過程為例繪制的膜蒸餾基本原理示意??圖。其實質(zhì)是，在疏水微孔膜兩側(cè)蒸氣分壓力差的推動下，膜料液側(cè)的揮發(fā)性組分??（Ｈ２〇）吸熱蒸發(fā)并穿過膜孔，而非揮發(fā)性組分的陰陽離子（－和＋?）則被膜阻隔??無法通過，最終實現(xiàn)溶液的分離或提純１１？１１。??〇?…邏？？？??膜孔??？?？？??ｏ?＂?？?ｖ?？??ｏ?？？?”??料液側(cè)?疏水膜?滲透側(cè)??圖ｕ膜蒸餾基本原理示意圖??－１?－??

圖１．９中空纖維式膜組件截面示意圖?圖１．１０管式膜組件截面示意圖??（２）管式??與中空纖維式膜組件類似，管式膜組件的腔內(nèi)則布置著一定數(shù)量的膜管；不同??之處在于，其內(nèi)部的膜并不具備自支撐功能。管式膜組件整體結構上由帶支撐體??的膜管、隔板以及膜殼構成，其橫截面上的外觀如圖１．１０所示。其中，支撐體是??指疏水膜內(nèi)側(cè)或外側(cè)的高強度支撐材料（如多孔金屬、陶瓷等），其作用是保證膜??材料在較高的壓力下工作時仍然具備良好的透水性和強度［３２１。??由于膜管的直徑大多在厘米級，相較于中空纖維式組件的膜絲直徑大得多，因??而管式膜組件具有壓損小，可以實現(xiàn)湍流流動，污染幾率小、不易堵塞和易清洗等??優(yōu)點，有著較好的商業(yè)應用優(yōu)勢［３３１；其缺點是，裝填密度低，比表面積較小（約??３００ｍ２／ｍ３?）。??（３）卷式??卷式膜組件也被為螺旋卷纏繞式膜組件，如圖１．１１所示［３４１，其加工原理是：??
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本文編號：2874527