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错流式减压膜蒸馏过程分析及组件放大特性研究

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第一章 文献综述

1.1膜蒸馏技术简介

1.2膜蒸馏技术的最新研究进展

1.3化工过程放大方法

1.4本文工作

第二章 自动控制膜蒸馏脱盐系统的建立与数据采集

2.1膜与膜组件

2.2工艺流程

2.3仪器设备

2.4自动控制系统

2.5数据采集及稳定性评估

2.6本章小结

第三章 错流式中空纤维膜组件模型及相关计算

3.1错流式减压膜蒸馏过程分析

3.2膜组件模型

3.3传递过程分析

3.4本章小结

第四章 液体分布器的优化

4.1研究的基础

4.2膜组件的模型

4.3分布器的设计及优化

4.4实验结果与讨论

4.5本章小结

第五章 膜蒸馏过程基础实验及数据分析

5.1基础实验数据

5.2膜蒸馏过程分析

5.3本章小结

第六章 膜蒸馏组件放大实验

6.1膜组件的设计

6.2膜蒸馏系统的优化

6.3膜组件放大实验

6.4膜组件的优选

6.5本章小结

第七章 实例分析

7.1模拟天然气开采废水分析

7.2反渗透浓水实验

7.3湿法冶金废水实验

7.4本章小结

第八章 结论与展望

8.1结论

8.2创新点

8.3展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢

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摘要

在淡水资源短缺的今天,合理的开发和利用水资源一直是人们关注的焦点。膜蒸馏技术作为一种新型膜技术在水处理领域具备了许多其它技术无法比拟的优势。近几年人们对膜蒸馏的研究更是有呈爆发式增长的趋势。但是制约膜蒸馏技术大型化、大规模应用的原因之一就是放大过程中的通量衰减问题。
  本文针对膜蒸馏系统放大过程中的通量衰减问题,进行了深入细致的分析,从两个角度进行了研究:一是膜组件内中空纤维性能的发挥,二是在膜蒸馏系统中膜组件性能的发挥。
  论文通过自行设计、组装的一套自动控制膜蒸馏脱盐装置获取膜蒸馏过程运行中的重要参数。并根据错流式减压膜蒸馏过程的特点建立了一套新型的膜蒸馏过程模型来描述膜蒸馏过程的传递现象。
  膜组件内料液的分布对中空纤维性能的发挥具有重要的影响。论文采用CFD技术模拟计算和比较了不同结构的料液分布装置,并根据计算结果优化了料液分布器的结构设计。最终得到了三个优化的分布装置形式,即平板式分布器、圆弧型分布器和金字塔式分布器。实验结果表明,分布器的应用显著提高了膜组件的渗透通量。
  通过建立的新型膜蒸馏模型描述膜蒸馏过程的重要参数(包括膜组件出口温度、水蒸气物理状态、温度极化系数和总传质系数等),揭示了操作条件对这些过程参数影响的主要原因。并根据膜组件内流体流动的特点设计了一系列不同特征参数的膜组件,在与相应的料液分布器匹配之后进行放大实验研究。发现在中空纤维性能充分发挥的基础上,膜蒸馏系统的优化是提升膜蒸馏过程通量的一个重要手段。
  通过对膜蒸馏放大实验的分析,选出了系列膜组件中性能最优的#MM4进行工业用水处理的实例分析。通过对模拟天然气开采废水、反渗透浓水和湿法冶金废水的处理的处理,发现采用膜蒸馏技术处理这些工业废水具有可行性。

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