膜蒸馏传热传质过程研究及异形PVDF中空纤维膜的研制
膜蒸馏(MD)是一种新型膜分离技术，具有可在常压和较低温度下进行，截留率较高，能够利用废热等优点，可以用于超纯水的制备、海水淡化和溶液浓缩等领域。但是目前MD仍存在很多问题，所以还没有大规模工业型应用。本文针对如何提高减压膜蒸馏(VMD)过程传热和传质效率，引入理论模型，讨论了温度、流速和真空度等工艺条件对温度极化系数(TPC)、浓差极化系数(CPC)和通量的影响，证明可以通过选择较优的工艺条件，提高过程传热、传质效率；由于用溶液相转移法制备的MD用中空纤维膜强度低，易断裂，本文利用特殊结构的纺丝喷头，研制了异形聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜，有望在不改变中空纤维膜原有的孔径、通量等基本性能条件下，显著提高膜的强度。
首先，在已有的VMD传热传质理论模型的基础上，以盐水溶液为料液，讨论了料液进口温度、料液流速、中空纤维填充数目和真空度对透过通量的影响。将通量的计算值与实验值比较，结果符合较好，最大误差<8％。
同时，进一步讨论了温度，流速和真空度等工艺条件对TPC和CPC等参数的影响，结果表明：随温度的升高，跨膜传质系数(Km)升高，TPC减小，CPC增大；随流速的增加，TPC增大，膜表面传热系数(hf)增加，CPC略有降低，Km略有升高；随真空度的增大，TPC减小，CPC增大。
最后，系统研究了纺丝入水距离、壁厚和膜形状对膜形态结构与性能的影响。结果表明：随入水距离的增大，异形PVDF中空纤维膜的超滤水通量、透气系数、膜蒸馏通量、抗压密系数、始泡点压力、断裂强力及破裂压力减小，最大孔径增大；随壁厚的增大，异形PVDF中空纤维膜的超滤水通量、透气系数、膜蒸馏通量减小，抗压密系数、断裂强力及破裂压力增大，始泡点压力和最大孔径变化不大；异形膜中品字形三芯中空纤维膜的断裂强力约为单芯中空纤维膜的三倍，达到289cN，而且始泡点压力、破裂压力和抗压密系数在异形膜中最大，纺丝成形稳定性最佳。
本论文研究表明，文中引用的理论模型适用于本实验的VMD系统，温度、流速和真空度等工艺条件对TPC和CPC等参数有很大的影响，应进一步优化工艺条件，提高过程传热、传质效率；异形膜较单芯膜的强度有很大的提高，超滤水通量与单芯膜相比变化不大，但是MD通量有所降低，还有待进一步的研究。
- 作者：
- 刘捷
- 学位授予单位：
- 天津工业大学
- 专业名称：
- 材料科学工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2011年
- 导师姓名：
- 吕晓龙
- 中图分类号：
- TQ342.712；TB383
- 关键词：
- 聚偏氟乙烯；溶液相转移法；异形中空纤维膜；减压膜蒸馏；传热传质机理
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