膜蒸餾技術(shù)課件

膜蒸餾技術(shù)膜蒸餾技術(shù)1背景膜分離技術(shù)是近20a迅速發(fā)展起來的重要的化工單元，其應用已從早期的脫鹽發(fā)展到化工、食品、醫(yī)藥、電子等工業(yè)的廢水處理、產(chǎn)品分離和生產(chǎn)高純水等領(lǐng)域。膜蒸餾（MD）技術(shù)首先由B.R.Bodell在1963年申請并獲得專利，在20世紀80年代才開始迅速發(fā)展，隨著對MD類膜分離過程研究的不斷深入，一些與MD相關(guān)的膜過程相繼出現(xiàn)并引起人們的重視，MD技術(shù)在許多領(lǐng)域取得可喜的研究成果，尤其在水溶液的分離中更具有優(yōu)勢。背景膜分離技術(shù)是近20a迅速發(fā)展起來的重要的化工單元，2原理MD是膜技術(shù)與蒸發(fā)過程相結(jié)合的膜分離過程，以膜兩側(cè)蒸汽溫度差為傳質(zhì)驅(qū)動力，它是熱量和質(zhì)量同時傳遞的過程，膜孔內(nèi)的傳質(zhì)過程是分子擴散和努森擴散的綜合結(jié)果。MD蒸餾原理（直接接觸式）如圖1所示。原理MD是膜技術(shù)與蒸發(fā)過程相結(jié)合的膜分離過程，以膜兩側(cè)蒸汽溫3原理MD過程是一種熱驅(qū)動過程，通過疏水性多孔膜將熱料液（熱側(cè)）與透過側(cè)（冷側(cè)）分隔開，由于進料側(cè)的蒸汽壓高于透過側(cè)的蒸汽壓，在壓差梯度作用下，蒸汽分子由熱側(cè)透過膜孔遷移至冷側(cè)，再經(jīng)冷凝，其他組分則被疏水膜阻擋在熱側(cè)，從而實現(xiàn)混合物提純或分離的目的。原理MD過程是一種熱驅(qū)動過程，通過疏水性多孔膜將熱料液（熱4膜蒸餾技術(shù)的傳質(zhì)與傳熱由此可見MD分離的傳質(zhì)過程主要由3個階段組成：①水分在膜的熱料液側(cè)蒸發(fā)；②水蒸氣穿過膜孔的遷移過程；③水蒸氣在膜的另一側(cè)冷凝。與之相關(guān)的傳熱過程則主要包括4個方面：①熱量由料液主體通過邊界層轉(zhuǎn)移至膜表面；②蒸發(fā)形式的潛熱傳遞；③熱量由熱側(cè)膜表面通過膜主體和膜孔傳遞到透過側(cè)膜表面；④由透過側(cè)膜表面穿過邊界層轉(zhuǎn)移到氣相主體。膜蒸餾技術(shù)的傳質(zhì)與傳熱由此可見MD分離的傳質(zhì)過程主要由5特點所用的膜為微孔膜；膜不能被所處理的液體潤濕；在膜孔內(nèi)沒有毛細管冷凝現(xiàn)象發(fā)生，只有蒸汽能通過膜孔傳質(zhì)；所用膜不能改變所處理液體中所有組分的氣液平衡；膜至少有一面與所處理的液體接觸；對于任何組分該膜過程的推動力是該組分在氣相中的分壓差。特點所用的膜為微孔膜；6膜蒸餾的分類MD可分為4種形式：直接接觸膜蒸餾（DCMD）、氣隙式膜蒸餾AGMD）、吹掃氣膜蒸餾（SGMD）和真空膜蒸餾（VMD，又名減壓膜蒸餾），如圖2-5所示，不同MD裝置的區(qū)別主要在于蒸汽穿過疏水膜后冷凝回收方式的不同。膜蒸餾的分類MD可分為4種形式：直接接觸膜蒸餾（DCMD）、7（1）直接接觸式膜蒸餾（DCMD）這種裝置相對簡單，兩側(cè)的液體直接與多孔膜的表面接觸，蒸汽的擴散路徑僅僅局限于膜的厚度。它是出現(xiàn)最早也是研究最廣泛的膜蒸餾過程，但其熱損耗也最大。（2）氣隙式膜蒸餾（AGMD）在冷凝面與膜表面之間有一停滯的空氣隙存在，蒸汽穿過氣隙后在冷凝面上冷凝。與DCMD相比，由于氣隙的存在，減小了過程熱損耗，但增加了傳質(zhì)的阻力。適合兩側(cè)溫差較大的蒸餾過程。（3）氣掃式膜蒸餾（SGMD）裝置與AGMD相似，不同在于使用惰性氣體將透過側(cè)的蒸汽吹出組件，在外部進行冷凝。由于惰性氣體的加入，可以減少部分熱量損耗，同時還可加快傳質(zhì)。但所需冷凝器的體積較大。（4）真空膜蒸餾（VMD）與SGMD類似，用真空泵抽吸代替吹掃，使透過側(cè)處于低壓狀態(tài)（不低于膜被潤濕的壓力），將透過側(cè)的蒸汽抽出，并在膜組件外冷凝。這種方式可以大大減小熱損失，且透過通量較大。當然，操作費用也相應增加。（1）直接接觸式膜蒸餾（DCMD）這種裝置相對簡單，兩側(cè)的液8參數(shù)MD過程是傳質(zhì)與傳熱同時進行的過程，衡量這兩種過程效果的相應參數(shù)分別是膜通量與熱效率。而對二者影響較大的主要是過程的操作參數(shù)以及膜的特性參數(shù)。參數(shù)MD過程是傳質(zhì)與傳熱同時進行的過程，衡量這兩種過程效果的9參數(shù)操作參數(shù)主要影響參數(shù)有進料溫度、濃度、進料流量、真空度、氣體流速等。進料溫度和跨膜溫差對膜的通量有重要影響，溫度升高則蒸汽壓變大，這就直接導致過程推動力的增加。提高進料溫度和進料流量可以增加MD的通量，這是由于高流速下的混合更為理想，邊界層變薄，膜表面的傳質(zhì)效果更好。但是通量隨流速的增加有一個最優(yōu)值，之后會趨于穩(wěn)定或是略微下降，這可能與熱量損失有關(guān)。高的進料濃度會降低蒸汽壓力，并引起濃差極化，而且有可能導致膜的堵塞，因而濃度增加則通量減小。參數(shù)操作參數(shù)10參數(shù)膜的特性參數(shù)主要包括膜的孔隙率、孔徑大小及分布、曲折因子以及膜厚度等。膜的孔隙率影響蒸發(fā)面的大小，因此孔隙率越大，傳質(zhì)效果越好。膜的厚度增加一方面會增加傳質(zhì)阻力，另一方面卻能夠減少能量的損失。高的孔隙率、較小的彎曲因子和膜厚度值有助于通量的提高和極化現(xiàn)象的降低。提高膜的固有傳質(zhì)系數(shù)，可減弱溫差極化現(xiàn)象。當膜的固有傳質(zhì)系數(shù)較高時，流動阻力集中在邊界層上，此時，增加擾動會帶來傳質(zhì)效果的提升，提高操作溫度同樣促進傳質(zhì)。當然，設(shè)置擋板增加擾動也會造成一定的能量損失，需要綜合考察來權(quán)衡。參數(shù)膜的特性參數(shù)主要包括膜的孔隙率、孔徑大小及分布、曲折因子11膜材料MD過程使用的膜主要有聚四氟乙烯（PTFE）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚偏氟乙烯（PVDF）等。然而這些膜基本是作為超濾、微濾、反滲透等膜過程的商業(yè)用膜，并不能夠完全勝任MD過程所需的疏水性、滲透率、抗污染能力等。對不同的材料進行改性、修飾或復合，開發(fā)和研制了許多性能優(yōu)異的膜材料。如增加添加劑、改變膜的制作工藝、膜結(jié)構(gòu)、納米技術(shù)的應用、添加阻垢劑等。膜材料MD過程使用的膜主要有聚四氟乙烯（PTFE）、聚丙烯12熱源將MD過程與可再生能源（太陽能、地熱能、風能等）相結(jié)合，是優(yōu)化MD過程的常見方式。隨著太陽能集熱器技術(shù)的成熟，太陽能與MD技術(shù)的耦合研究也越來越普遍。而且這種集成過程最主要的成本是初始投資，包括設(shè)備、選址等，后續(xù)操作幾乎不需要過多的投入。除了太陽能與地熱，還可采用微波照射的方式。這樣可使加熱更為均勻，提高傳質(zhì)效果，對膜的性能不會造成影響，但是可能會加重膜的結(jié)垢。熱源將MD過程與可再生能源（太陽能、地熱能、風能等）相結(jié)13優(yōu)點蒸餾過程幾乎是在常壓下進行，設(shè)備簡單、操作方便，可以采用非金屬設(shè)備；在非揮發(fā)性溶質(zhì)水溶液的MD過程中，只有水蒸氣能透過膜孔，蒸餾十分純凈，有望成為大規(guī)模、低成本制備超純水的手段；可以處理極高濃度的水溶液，是目前唯一能從溶液中直接分離出結(jié)晶產(chǎn)物的膜過程；MD組件很容易設(shè)計成潛熱回收形式，并具有以高效的小型膜組件構(gòu)成大規(guī)模生產(chǎn)體系的靈活性；膜兩側(cè)只需維持適當?shù)臏夭罴纯蛇M行操作，有望利用太陽能、地熱、溫泉和工廠的余熱等廉價能源。優(yōu)點蒸餾過程幾乎是在常壓下進行，設(shè)備簡單、操作方便，可以采用14缺點MD是一個有相變的膜過程，汽化潛熱降低了熱能的利用率；MD與制備純水的其他膜過程相比通量較小，目前尚未實現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中應用；MD用膜的材料和制備工藝選擇方面有限；MD過程中的膜污染是其實現(xiàn)工業(yè)應用的主要障礙。缺點MD是一個有相變的膜過程，汽化潛熱降低了熱能的利用率；15應用制取純水和濃縮溶液海水淡化

從目前MD在海水淡化產(chǎn)業(yè)的應用情況看，尚未見MD在海水淡化產(chǎn)業(yè)中大規(guī)模應用的報導。但相關(guān)的中試產(chǎn)水規(guī)模取得了一定的進展。利用工業(yè)上使用的海水余熱或用工業(yè)廢熱加熱海水進行MD海水淡化，具有成本低、設(shè)備簡單、操作容易、能耗低等優(yōu)點，證明MD技術(shù)在諸多海水淡化工程中有一定的競爭力?？嘞趟擕}MD作為苦咸水脫鹽技術(shù)之一，因其高效、節(jié)能、工藝簡單等特點，在我國水資源持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中起著越來越重要的作用。應用制取純水和濃縮溶液16寫在最后成功的基礎(chǔ)在于好的學習習慣Thefoundationofsuccessliesingoodhabits17寫在最后成功的基礎(chǔ)在于好的學習習慣17謝謝大家榮幸這一路，與你同行It'SAnHonorToWalkWithYouAllTheWay講師：XXXXXXXX年XX月XX日

謝謝大家講師：XXXXXX18膜蒸餾技術(shù)膜蒸餾技術(shù)19背景膜分離技術(shù)是近20a迅速發(fā)展起來的重要的化工單元，其應用已從早期的脫鹽發(fā)展到化工、食品、醫(yī)藥、電子等工業(yè)的廢水處理、產(chǎn)品分離和生產(chǎn)高純水等領(lǐng)域。膜蒸餾（MD）技術(shù)首先由B.R.Bodell在1963年申請并獲得專利，在20世紀80年代才開始迅速發(fā)展，隨著對MD類膜分離過程研究的不斷深入，一些與MD相關(guān)的膜過程相繼出現(xiàn)并引起人們的重視，MD技術(shù)在許多領(lǐng)域取得可喜的研究成果，尤其在水溶液的分離中更具有優(yōu)勢。背景膜分離技術(shù)是近20a迅速發(fā)展起來的重要的化工單元，20原理MD是膜技術(shù)與蒸發(fā)過程相結(jié)合的膜分離過程，以膜兩側(cè)蒸汽溫度差為傳質(zhì)驅(qū)動力，它是熱量和質(zhì)量同時傳遞的過程，膜孔內(nèi)的傳質(zhì)過程是分子擴散和努森擴散的綜合結(jié)果。MD蒸餾原理（直接接觸式）如圖1所示。原理MD是膜技術(shù)與蒸發(fā)過程相結(jié)合的膜分離過程，以膜兩側(cè)蒸汽溫21原理MD過程是一種熱驅(qū)動過程，通過疏水性多孔膜將熱料液（熱側(cè)）與透過側(cè)（冷側(cè)）分隔開，由于進料側(cè)的蒸汽壓高于透過側(cè)的蒸汽壓，在壓差梯度作用下，蒸汽分子由熱側(cè)透過膜孔遷移至冷側(cè)，再經(jīng)冷凝，其他組分則被疏水膜阻擋在熱側(cè)，從而實現(xiàn)混合物提純或分離的目的。原理MD過程是一種熱驅(qū)動過程，通過疏水性多孔膜將熱料液（熱22膜蒸餾技術(shù)的傳質(zhì)與傳熱由此可見MD分離的傳質(zhì)過程主要由3個階段組成：①水分在膜的熱料液側(cè)蒸發(fā)；②水蒸氣穿過膜孔的遷移過程；③水蒸氣在膜的另一側(cè)冷凝。與之相關(guān)的傳熱過程則主要包括4個方面：①熱量由料液主體通過邊界層轉(zhuǎn)移至膜表面；②蒸發(fā)形式的潛熱傳遞；③熱量由熱側(cè)膜表面通過膜主體和膜孔傳遞到透過側(cè)膜表面；④由透過側(cè)膜表面穿過邊界層轉(zhuǎn)移到氣相主體。膜蒸餾技術(shù)的傳質(zhì)與傳熱由此可見MD分離的傳質(zhì)過程主要由23特點所用的膜為微孔膜；膜不能被所處理的液體潤濕；在膜孔內(nèi)沒有毛細管冷凝現(xiàn)象發(fā)生，只有蒸汽能通過膜孔傳質(zhì)；所用膜不能改變所處理液體中所有組分的氣液平衡；膜至少有一面與所處理的液體接觸；對于任何組分該膜過程的推動力是該組分在氣相中的分壓差。特點所用的膜為微孔膜；24膜蒸餾的分類MD可分為4種形式：直接接觸膜蒸餾（DCMD）、氣隙式膜蒸餾AGMD）、吹掃氣膜蒸餾（SGMD）和真空膜蒸餾（VMD，又名減壓膜蒸餾），如圖2-5所示，不同MD裝置的區(qū)別主要在于蒸汽穿過疏水膜后冷凝回收方式的不同。膜蒸餾的分類MD可分為4種形式：直接接觸膜蒸餾（DCMD）、25（1）直接接觸式膜蒸餾（DCMD）這種裝置相對簡單，兩側(cè)的液體直接與多孔膜的表面接觸，蒸汽的擴散路徑僅僅局限于膜的厚度。它是出現(xiàn)最早也是研究最廣泛的膜蒸餾過程，但其熱損耗也最大。（2）氣隙式膜蒸餾（AGMD）在冷凝面與膜表面之間有一停滯的空氣隙存在，蒸汽穿過氣隙后在冷凝面上冷凝。與DCMD相比，由于氣隙的存在，減小了過程熱損耗，但增加了傳質(zhì)的阻力。適合兩側(cè)溫差較大的蒸餾過程。（3）氣掃式膜蒸餾（SGMD）裝置與AGMD相似，不同在于使用惰性氣體將透過側(cè)的蒸汽吹出組件，在外部進行冷凝。由于惰性氣體的加入，可以減少部分熱量損耗，同時還可加快傳質(zhì)。但所需冷凝器的體積較大。（4）真空膜蒸餾（VMD）與SGMD類似，用真空泵抽吸代替吹掃，使透過側(cè)處于低壓狀態(tài)（不低于膜被潤濕的壓力），將透過側(cè)的蒸汽抽出，并在膜組件外冷凝。這種方式可以大大減小熱損失，且透過通量較大。當然，操作費用也相應增加。（1）直接接觸式膜蒸餾（DCMD）這種裝置相對簡單，兩側(cè)的液26參數(shù)MD過程是傳質(zhì)與傳熱同時進行的過程，衡量這兩種過程效果的相應參數(shù)分別是膜通量與熱效率。而對二者影響較大的主要是過程的操作參數(shù)以及膜的特性參數(shù)。參數(shù)MD過程是傳質(zhì)與傳熱同時進行的過程，衡量這兩種過程效果的27參數(shù)操作參數(shù)主要影響參數(shù)有進料溫度、濃度、進料流量、真空度、氣體流速等。進料溫度和跨膜溫差對膜的通量有重要影響，溫度升高則蒸汽壓變大，這就直接導致過程推動力的增加。提高進料溫度和進料流量可以增加MD的通量，這是由于高流速下的混合更為理想，邊界層變薄，膜表面的傳質(zhì)效果更好。但是通量隨流速的增加有一個最優(yōu)值，之后會趨于穩(wěn)定或是略微下降，這可能與熱量損失有關(guān)。高的進料濃度會降低蒸汽壓力，并引起濃差極化，而且有可能導致膜的堵塞，因而濃度增加則通量減小。參數(shù)操作參數(shù)28參數(shù)膜的特性參數(shù)主要包括膜的孔隙率、孔徑大小及分布、曲折因子以及膜厚度等。膜的孔隙率影響蒸發(fā)面的大小，因此孔隙率越大，傳質(zhì)效果越好。膜的厚度增加一方面會增加傳質(zhì)阻力，另一方面卻能夠減少能量的損失。高的孔隙率、較小的彎曲因子和膜厚度值有助于通量的提高和極化現(xiàn)象的降低。提高膜的固有傳質(zhì)系數(shù)，可減弱溫差極化現(xiàn)象。當膜的固有傳質(zhì)系數(shù)較高時，流動阻力集中在邊界層上，此時，增加擾動會帶來傳質(zhì)效果的提升，提高操作溫度同樣促進傳質(zhì)。當然，設(shè)置擋板增加擾動也會造成一定的能量損失，需要綜合考察來權(quán)衡。參數(shù)膜的特性參數(shù)主要包括膜的孔隙率、孔徑大小及分布、曲折因子29膜材料MD過程使用的膜主要有聚四氟乙烯（PTFE）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚偏氟乙烯（PVDF）等。然而這些膜基本是作為超濾、微濾、反滲透等膜過程的商業(yè)用膜，并不能夠完全勝任MD過程所需的疏水性、滲透率、抗污染能力等。對不同的材料進行改性、修飾或復合，開發(fā)和研制了許多性能優(yōu)異的膜材料。如增加添加劑、改變膜的制作工藝、膜結(jié)構(gòu)、納米技術(shù)的應用、添加阻垢劑等。膜材料MD過程使用的膜主要有聚四氟乙烯（PTFE）、聚丙烯30熱源將MD過程與可再生能源（太陽能、地熱能、風能等）相結(jié)合，是優(yōu)化MD過程的常見方式。隨著太陽能集熱器技術(shù)的成熟，太陽能與MD技術(shù)的耦合研究也越來越普遍。而且這種集成過程最主要的成本是初始投資，包括設(shè)備、選址等，后續(xù)操作幾乎不需要過多的投入。除了太陽能與地熱，還可采用微波照射的方式。這樣可使加熱更為均勻，提高傳質(zhì)效果，對膜的性能不會造成影響，但是可能會加重膜的結(jié)垢。熱源將MD過程與可再生能源（太陽能、地熱能、風能等）相結(jié)31優(yōu)點蒸餾過程幾乎是在常壓下進行，設(shè)備簡單、操作方便，可以采用非金屬設(shè)備；在非揮發(fā)性溶質(zhì)水溶液的MD過程中，只有水蒸氣能透過膜孔，蒸餾十分純凈，有望成為大規(guī)模、低成本制備超純水的手段；可以處理極高濃度的水溶液，是目前唯一能從溶液中直接分離出結(jié)晶產(chǎn)物的膜過程；MD組件很容易設(shè)計成潛熱回收