文档介绍：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
吹扫
或真
化,传质推动力除了空
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。
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。