膜蒸馏技术

膜蒸馏技术（通用7篇）

膜蒸馏技术 篇1

膜蒸馏技术简介

1.1膜蒸馏技术简介 1.1.1膜蒸馏概述

膜蒸馏(Membrane Distillation，MD)是在上个世纪八十年代初发展起来的一种新型分离技术，是膜分离技术与传统蒸发过程相结合的新型膜分离过程，它与常规蒸馏一样都以汽液平衡为基础，依靠蒸发潜热来实现相变。它以膜两侧的温差所引起的传递组分的蒸汽压力差为传质驱动力，以不被待处理的溶液润湿的疏水性微孔膜为传递介质。在传递过程中，膜的唯一作用是作为两相间的屏障，不直接参与分离作用，分离选择性完全由气—液平衡决定[1]。膜蒸馏过程是热量和质量同时传递的过程。膜的一侧与热的待处理的溶液直接接触(称为热侧)，另一侧直接或间接地与冷的液体接触(称为冷侧)。由于膜的疏水性，水溶液不会从膜孔中通过，但膜两侧由于挥发组分蒸气压差的存在，而使挥发蒸气通过膜孔，从高蒸气压侧传递到低蒸气压侧，而其它组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而产生了膜的透过通量，实现了混合物的分离或提纯。这与常规蒸馏中的蒸发、传质、冷凝过程十分相似，所以称其为膜蒸馏过程如图1-1所示：

1986年意大利、荷兰、日本、德国和澳大利亚的膜蒸馏专家在罗马召开了膜蒸馏研讨会，会上与会专家统一规范了膜蒸馏过程涉及的各种术语，定义膜蒸馏过程应具有以下几种含义：使用的膜是疏水性多孔膜；膜不应被所处理的液体所浸润；溶液中的挥发性组分以蒸汽的形式通过膜孔；膜孔中不发生毛细冷凝现象；组分通过膜的推动力是该组分在膜两侧的蒸汽压差；膜本身不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；对于任何组分该膜过程的推动力是该组分在气相中的分压差[2,3,4]。

膜蒸馏本身的特点决定了该技术与其它分离技术相比有着无法比拟的优点：（1）膜蒸馏过程较其他膜分离过程（反渗透）的操作压力低，几乎是在常压下进行，设备简单、操作方便，在技术力量较薄弱的地区也有实现的可能性。(2)在非挥发性溶质水溶液的膜蒸馏过程中，因为只有水蒸汽能透过膜孔，理论上可以100%截留离子、大分子、胶体、细胞和其它非挥发性物质，所以蒸馏液十分纯净，可望成为大规模、低成本制备超纯水的有效手段。(3)该过程可以处理极高浓度的水溶液，如果溶质是容易结晶的物质，可以把溶液浓缩到过饱和状态而出现膜蒸馏结晶现象，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程。(4)膜蒸馏组件很容易设计成潜热回收形式，并具有以高效的小型膜组件构成大规模生产体系的灵活性。(5)在该过程中无需把溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，该过程就可以进行，操作温度比传统的蒸馏低，有可能利用太阳能、地热、温泉、工厂的余热和温热的工业废水等廉价能源[2]。

但是膜蒸馏作为一种新的分离技术也还有许多不完善之处，比如：

（1）膜蒸馏与制备纯水的其它膜过程相比，膜的产水通量较低，迄今还没有开发出较成熟的膜蒸馏用膜的生产技术，且疏水微孔膜，与亲水膜相比在膜材料和制备工艺的选择方面都十分有限；（2）运行过程中膜的污染不仅导致膜的通量下降，更为严重的是加速了膜的润湿，使盐渗漏进入淡水侧，从而使淡水品质下降；（3）缺乏有效的热量的回收手段，膜蒸馏是一个有相变的膜过程，汽化潜热降低了热能的利用率，所以在组件的设计上必需考虑到潜热的回收，以尽可能减少热能的损耗，与其他膜过程相比，膜蒸馏在有廉价能源可利用的情况下才更有实用意义。1.1.2膜蒸馏的分类与特点

根据挥发性组分在膜冷侧冷凝方式的不同，膜蒸馏可分为四种不同结构和操作方式[5]（如图1-2所示），即：直接接触式膜蒸馏(DCMD)、气隙式膜蒸馏(AGMD)、吹扫式膜蒸馏(SGMD)和真空膜蒸馏(VMD)。

在直接接触式膜蒸馏[6-15]中透过侧的冷却纯水和膜上游侧的溶液都与膜直接接触，在膜两侧温差引起的水蒸气压力差驱动下传质，透过的水蒸气直接进入冷却的纯水中冷凝。直接接触膜蒸馏的过程装置和运行都比较简单，但是上下游的流体仅有一层薄膜相隔，热量很快从上游传递到下游，最后达到热平衡。冷测需要持续制冷，热侧需要持续加热，因而热利用效率较低。但过程所需要的附属设备最少，操作比较简单，最适用于透过组分为水的应用场合，例如：脱盐、水溶液（果汁）浓缩等。气隙式膜蒸馏[27-35]的透过侧空气与膜接触，增加了热传导的阻力，大大降低了传导热量的损失，但是同时传质阻力也增加。气隙式膜蒸馏的传质机理主要是以分子扩散为主的，但由于透过侧空气的存在，会使膜孔中存在滞留空气，透过蒸汽在穿过膜孔时的阻力增加。与膜接触的气层厚度一般为膜厚度的10~100倍，空气可以视为静止膜，也会使传质阻力增大，导致透过的通量很小。在去除水溶液中的微量易挥发性组分方面占有优势。吹扫气膜蒸馏[37,38,39]同气隙式膜蒸馏一样适用于除去水溶液中的微量易挥发性组分。在吹扫气膜蒸馏中，透过侧为流动气体，克服了气隙式膜蒸馏中静止空气层产生传质阻力的缺点，同时保留了气隙式膜蒸馏中较高的热传导阻力的优点，但是在收集透过侧组分方面存在较大困难，操作过程中为了减少传质阻力，要减小传质边界层的厚度，相应需要较高的吹扫气体速度，操作压力随之升高，目前研究工作相对较少。在真空膜蒸馏[40-57]中，膜的一侧与进料液体直接接触，另一侧的压力保持在低于进料平衡的蒸气压之下，透过的水蒸气被抽出组件外冷凝，增大膜两侧的水蒸气压力差，可得到较大的透过通量，常常应用于去除稀释溶液中的易挥发性组分。由于在VMD过程中，透过侧为真空，水蒸气分子与孔壁的碰撞占主要优势，以努森扩散为主，热传导损失可以忽略不计。因此，真空膜蒸馏的传质压力差较大，传质驱动力大，透过气体的传质阻力较小，膜两侧的绝对压力差较大，与其它分离过程相比，膜通量也具有很大的优势，所以近年来，在脱盐、废水回收方面的研究日益增多。1.1.3膜蒸馏的发展历程

膜蒸馏技术发展到今天大致经历了三个阶段：概念提出阶段（19世纪60年代—19世纪70年代）、初步发展阶段（19世纪80年代—19世纪90年代）、高速发展阶段（19世纪90年代至今）。

膜蒸馏的概念是在1963年Bodell[58]的一篇专利中首先提出来的，他将膜蒸馏描述为“一种可将不可饮用水流体转化为可饮用水的装置和技术”，并指出可用抽真空的方式将渗透蒸汽从装置中移走，但是他并没有指出膜的结构与孔径，也没有给出结果和定量分析。1964年，Weyl[59]发现采用空气填充的多孔疏水膜可在蒸汽压系统内从含盐水中回收去离子水，这个致力于提高脱盐效率的新工艺在1967年被授予美国专利，专利宣称这个用于脱盐的改进方法和改进设备能在最小的外部能量要求和最小的资金和厂房花费下运作。Weyl建议将热的溶液和冷的渗透物都与膜直接接触，以消除气隙，他采用的是厚3.2mm，孔径9μm，孔隙率42%的PTFE膜，所获得的膜蒸馏通量达到了1kg/m2?h，这与当时反渗透5～75kg/m2·h的通量有很大的差距，因此在60年代末人们对膜蒸馏的兴趣逐渐减弱。Findley[60]是第一个公开发表膜蒸馏结果的人，60年代后期他以纸、胶木、玻璃纤维、玻璃纸、尼龙、硅藻土等作为膜材料进行直接接触膜蒸馏实验，其中大部分材料用硅树脂、特氟龙或防水剂处理过，以增强膜的疏水性。实验定性地描述了膜孔中存的在空气、膜的厚度、导热热损失和空隙率对膜蒸馏的影响，并且首次说明了膜蒸馏所用膜材料的一些重要特性：热阻高、厚度小、液体进入压力大、高空隙率及弯曲因子较小。Findley预言，如果能够找到低价位、耐高温、长寿命并且特性理想的膜，膜蒸馏不仅可以用于海水淡化，还会是一种经济可行、用途广泛的蒸发方法。

早期的膜蒸馏过程设计中，Rodger[61,62,63]的工作最为出色，他在1968－1975年间有多项专利被批准。有几项专利研究改善热量回收系统，如一项设计中使用带波纹的换热片，以提高对流传热效果。1971年的专利设计了多效膜蒸馏，以分离挥发性不同的组份，如重水的分离。1972年的专利设计了膜蒸馏的脱盐工艺，是包含了料液脱气、膜表面处理等工序在内的完整系统。使用的膜囊括PTFE、PP、PVDF以及疏水处理后的亲水膜。1975年的专利改变了研究方向，设计了家用饮水机。

19世纪80年代起以企业为主的研发带动了膜蒸馏技术前所未有的发展。80年代早期，由于新的制膜技术的出现，人们又开始对膜蒸馏产生兴趣，因为这时可以制得高达80%孔隙率和50μm厚的膜，比Weyl和Findley在60年代所用的膜，渗透通量提高了100倍。膜组件设计的改进及进一步认识温度和浓度极化对MD性能的影响，也促使人们恢复对膜蒸馏的关注，同时也使膜蒸馏更具竟争力。

Gore和Associacs公司[64]（美国）、Swedish Development Co.[65,66]和EnkaAG.[67-69]（德国）从商业应用的角度开发他们的测试膜蒸馏系统。如Gore开发出了一种卷式膜组件用于“Gore-Tex膜蒸馏”，最终由于其热传递差的技术原因及成本过高，Gore在其即将商品化之前放弃了这一计划。值得注意的是，有人使用Gore-Tex膜完成了中试，认为膜蒸馏用于脱盐尚需两个条件：膜成本大幅度下降，提高热量回收热交换器的传热效果[70]。几乎同时瑞典National Development Co.公布了他们研制的膜蒸馏系统，包括样机运行情况[71]，采用了板框结构的膜蒸馏，但同样未进入市场。EnkaAG开发了中空纤维膜组件的“传递膜蒸馏”，Kjellander提交了气隙膜蒸馏用于脱盐的专利[72]。80年代末，Enka公司宣称制造了一种可用于商业生产的MD系统。这个阶段MD在许多领域只能是一个有竞争的系统，还不能够可顶替别的技术。学术界对MD兴趣的增强，是因为该过程的多样性及MD研究能产生“有利于环境”的结果。

80年代大量发表的膜蒸馏文献主要集中于过程机理研究，这些研究将常规的传递理论应用于膜蒸馏，分析流体温度、流量、压力等操作参数的影响，建立了传热传质模型。特别对膜传质过程做了很多理论研究，从理论上明确了膜结构参数对渗透通量的影响。这一时期膜蒸馏技术的应用研究也取得了相当重要的成果，研究者开发了诸如脱盐、溶液浓缩、废水处理、非常规分离等诸多领域的膜蒸馏应用。值得一提的是Shneider[73]和Schofield[74]等人用直接接触式膜蒸馏进行脱盐分别得到了足以同反渗透竞争的高达75kg/m2·h的跨膜通量；Lawson[75]等人通过优化膜组件的设计和采用性能优良的膜，将跨膜通量提高到了反渗透技术的2～3倍。但就通量大小来说，膜蒸馏过程同反渗透相比已经具有了很大的优势，同时膜蒸馏技术还具有能耗低、操作条件温和、可利用废热等诸多优势。人们在这一领域取得的成果足以让该技术在工业脱盐竞争中占有一席之地。

自90年代以后，学术界对膜蒸馏的兴趣由于其广泛的应用范围和对多重工程概念的涵盖而被迅速催化，研究文章每年迅速递增。随着研究的深入，膜蒸馏的优势也逐渐被揭示出来，各国对于膜蒸馏技术的研究与开发的关注逐年升温，特别是西方发达国家和一些大公司都在相当程度上加大了对膜蒸馏研发的投入，都希望能够拥有其知识产权，以期收获它带来的丰厚利润和和战略利益。

这一阶段膜蒸馏机理的研究并无重大突破，许多研究只是以前工作的进一步核实。机理研究大都集中在极化现象的影响及通过各种方式削弱极化现象，这是许多膜分离技术遇到过的工程问题，反映出膜蒸馏技术逐步进入实用化阶段的趋势。该阶段代表性的研究工作比如Lawson[76]从统计力学观点分析了蒸汽分子通过微孔疏水膜的过程，用尘气模型（dusty gas model）统一了膜蒸馏各种情况下的透膜传质过程。

1.2膜与膜组件

1.2.1膜蒸馏用膜（略）

1.2.2膜组件（略）

1.3膜蒸馏过程的机理

膜蒸馏过程是质量传递伴随热量传递的过程，且传递过程中由于边界层的存在，产生了温度极化和浓度极化。膜污染问题依然是膜蒸馏过程需要面对的主要问题之一。因此，以下将从跨膜传质、跨膜传热、浓度极化、温度极化和膜污染等方面来描述。（略）

1.3.4膜污染

和其它膜过程一样，膜蒸馏装置长期运行后会出现通量衰减的现象这主要是由膜污染造成的。膜污染通常表现在以下两个方面：一个是污染物将膜孔封堵，另一个是膜孔被润湿。造成膜污染的原因是多方面的，如膜表面细菌的生长，或由于料液浓度过高(特别是料液接近于饱和时)在膜表面形成垢层，从而导致膜孔被堵或被润湿，或料液中存在的颗粒或胶体物质由于界面张力的作用而更多地出现在汽、液界面处以及料液中含有表面活性剂等能够改变膜表面张力的化学成分等。所有这些原因对料液侧的传递过程形成新的阻力，造成通量衰减，或者导致膜的渗漏现象。膜孔润湿被认为是膜蒸馏过程中最严重的膜污染，因为膜蒸馏只能在膜孔道不被润湿的情况下才能进行。材料疏水性取决于膜表面单位面积的自由能，但平均的表面能并不能满意地描述一个真实的表面，若在分子尺度上一部分一部分地检验固体的表面，局部的表面能可以变化很大。不能排除疏水膜的表面有疏水性差别，甚至亲水的局部点，这些点有可能成为膜疏水性遭到破坏的内因。料液组份的沉积会降低膜的疏水性，并逐渐使料液充入膜孔。因此，对于膜污染部分是可逆污染，经过膜清洗就能将污染除去，而还有一部分污染是不可逆的，污染一旦形成就难以祛除如有有机污染导致的膜孔润湿等。因此，对膜污染进行防治，不能单单依靠污染后的清洗，还要从膜材料着手，制造出高抗污染性的膜或者进行膜表面的改性等。

1.4膜蒸馏的应用

1．海水、苦咸水脱盐和超纯水制备

膜蒸馏过程的开发最初完全是以海水淡化为目的，虽然反渗透作为海水和苦咸水淡化的膜分离方法，从20世纪60年代就进入了实用阶段，其设备和工艺条件也在实用中不断得到改进和完善，但是反渗透过程需要较高的操作压力，设备比较复杂，并且难以处理盐分过高的水溶液。而膜蒸馏却具有反渗透过程所不具备的优点，所以人们对膜蒸馏用于海水、苦咸水脱盐方面进行了和正在进行大量研究工作。近20多年的研究表明，直接接触膜蒸馏的透过通量能够达到反渗透的水平甚至有所超过[40]；减压式膜蒸馏用于海水脱盐也具有较好的发展前途[102]。但膜蒸馏是个能耗较高的膜过程，只在有廉价能源可利用的情况下进行海水、苦咸水淡化才具有实用意义。膜蒸馏技术制备淡水首先应考虑能源问题，解决的办法是，在系统设计上考虑热能的回收。在早期文献中Schofield等人[95]详细计算了热能回收对造水成本的影响，并设计了能量回收的工艺流程；阎建民等人[103]也提出了带有汽化潜热回收的膜组件设计。二是考虑可利用的廉价能源，比如Hogan等人[104]采用太阳能加热海水进行了膜蒸馏脱盐；Banat等人[105]利用太阳能进行了模拟海水脱盐实验；Godizno等人[106]也介绍了与太阳能相结合的膜蒸馏苦咸水脱盐的可能性。利用地热资源[107]也是膜蒸馏脱盐的重要方向。膜蒸馏脱盐的产水质量是其它膜过程不能比拟的，Karakulski等人[108]将不同的造水膜过程进行了对比：UF能脱除悬浮物和胶体，NF可完全除掉水中的有机碳，硬度可降低60%～87%，RO可将总固溶物(TDS)截留99.7%，质量最好的水是由MD制备，产水的电导可达到0.8μS/cm，TDS质量分数可达到0.6×10-6。由于渗透压对膜蒸馏影响较小，所以采用RO与MD集成膜过程脱盐是合理的[109,110]。2．化学物质的浓缩和回收

由于膜蒸馏可以处理极高浓度的水溶液，在化学物质水溶液的浓缩方面具有很大潜力。例如对蔗糖糖浆的浓缩，可采用直接接触式膜蒸馏[111,112]，也可采用渗透蒸馏[113,114]，渗透蒸馏中常用的盐溶液为NaCl、CaCl2、K2HPO4。Tomaszewska等[115]人进行了硫酸、柠檬酸、盐酸、硝酸的浓缩，非挥发性酸截留率达100%，挥发性酸在浓度高时有透过。Rinzcon等人[116]用直接接触式膜蒸馏浓缩甘醇类水溶液，截留系数接近100%。孙宏伟等人[117]用膜蒸馏方法浓缩透明质酸，Tomaszewska[118]用膜蒸馏和渗透膜蒸馏浓缩氟硅酸，都取得很好的结果。由于膜蒸馏可以在较低的温度下运行，对生物活性物质和温度敏感物质的浓缩和回收具有一定实用意义。冯文来等人[119]用膜蒸馏方法浓缩腹蛇抗栓酶，Zarate等人[120]用膜蒸馏方法浓缩牛血清蛋白，都得到了较好的结果。余立新等人[121]论述了采用各种方法浓缩温度敏感的天冬氨酸甲酯的可能性，认为膜蒸馏是最合适的方法。膜蒸馏是目前唯一能够从溶液中直接分离出结晶产品的膜过程。膜蒸馏-结晶是在溶液被浓缩到过饱和状态后产生的，但并不是在所有条件下都能把溶液浓缩到过饱和状态。实验表明，产生膜蒸馏-结晶现象的必要条件除了溶质须是易结晶的物质外，膜两侧必须存在足够大的温差，使膜蒸馏与诸多干扰因素相比一直处于主导地位。Cryta[122]报道了采用膜蒸馏-结晶过程生产NaCl的研究，NaCl的产量能达到100kg/m2·d。3．水溶液中挥发性溶质的脱除和回收

膜蒸馏过程是以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力，这使从水溶液中脱除挥发性溶质成为可能。唐建军等人[123]对减压膜蒸馏用于挥发性有机物分离作了总结；近斯文献中也报道了很多有关研究工作，如从水溶液中脱除甲醇[124]、乙醇[47,124,125,126]、异丙醇[127]、丙酮[128]、氯仿[129]、同时脱除乙醇和丙酮[130]、同时脱除丙酮、丁醇和乙醇[131]、甲基异丁基酮[132]、卤代挥发性有机化合物[133]等。当只重视脱除的效果时常采用直接接触式膜蒸馏，如果同时考虑回收这些挥发组分时，则采用气隙式、减压式、气流吹扫式膜蒸馏。张凤君等[134]人采用气态膜回收苯酚，并得到苯酚钠结晶产物。膜蒸馏脱除溶液中挥发溶质的原理成功地被用于气体分析，Ferreira等人[135]将膜蒸馏装置与质谱仪联机，用质谱仪测定脱除气体的量，对水溶液中溶解的氧、丙烷、乙醇的测定结果表明，质谱信号与水溶液中溶质浓度呈线性关系。这为挥发性溶质的在线测试奠定了技术基础。

共沸物的分离通过共沸蒸馏和萃取蒸馏来实现，是一个比较复杂的化工单元操作，采用膜蒸馏处理，可打破固有的气—液平衡关系，得到较好的分离，如甲酸/水恒沸混合物的分离[136,137]、丙酸/水恒沸混合物的分离[138]。从水溶液中脱除酸性挥发性溶质近年主要集中于盐酸的回收，如采用直接接触式膜蒸馏从金属酸浸液中回收HCl[139,140]、减压膜蒸馏从金属氯化物的水溶液中回收HCl[141]。

4．果汁、液体食品的浓缩

膜蒸馏过程可在相对比较低的温度下运行，并具有极高的脱水能力，特别是渗透蒸馏可以在室温下运行，对果汁、食品的浓缩是其它任何膜过程都无法比拟的。Petrotos等[142]人介绍了膜蒸馏和渗透蒸馏技术浓缩液体食品的优点：节能、保持食品原有的风味(包括色、香、味等)，其中果汁浓缩的研究工作较多，如超滤与渗透蒸馏浓缩葡萄汁、减压膜蒸馏浓缩葡萄汁、渗透蒸馏浓缩葡萄汁和桔汁、直接接触式膜蒸馏浓缩苹果汁、集成膜过程浓缩柠檬汁和胡萝卜汁。这些工作有的仍处在实验室研究阶段，有的已经具有示范生产的规模，Vaillant等人报道了工业示范规模采用渗透蒸馏浓缩果汁的装置，在30℃可以将果汁TSS(总可溶固体)浓缩至0.60g/g，通量仍保持0.5kg/(m2·h)，连续28h通量没有衰减，浓缩后果汁外观和维生素C含量基本保持原来水平。5．废水处理

和其它膜分离过程一样，膜蒸馏是环境友好的分离技术，在工业废水处理方面具有很好的应用前景。从工业废酸液中回收HCl[141]是在处理含挥发性酸性物质废水方面的典型应用。Zakrzewska等人[144,145]在处理低放射性废水方面比较了各种处理方法认为，膜分离方法具有显著的优越性，其中膜蒸馏能够把放射性废水浓缩到很小的体积，并具有极高的截留率，很容易达到排放标准，显示膜蒸馏方

法在处理放射性废水方面的突出优点。Cryta等人[146]采用超滤/膜蒸馏集成处理含油废水，沈志松等人[147]采用减压膜蒸馏处理丙烯腈工业废水，杜军等人[148]采用减压膜蒸馏处理含Cr(VI)的模拟废水和含苯酚的模拟废水，沈志松等人[55]采用气态膜过程处理起爆药废水，Banat等人[52]采用减压膜蒸馏从废水中除掉微量的苯，Rodriguez等人[149]采用气态膜从废水中除掉正戊酸，沈志松等人[147]报道了用气态膜过程处理氰化物废水，已经达到商业化的规模，表明膜蒸馏在废水处理应用领域中巨大潜力。

膜蒸馏技术 篇2

关键词：膜蒸馏,原理,海水淡化

所谓的膜蒸馏就是将膜技术与蒸馏过程结合在一起的一种组合技术, 采用一种微孔膜将两种不同温度的溶液分开, 较高温度侧溶液中易挥发的物质呈气态透过膜进入另一侧冷凝的过程。

与传统蒸馏相比, 它不需要复杂的蒸馏系统, 且能得到更纯净的馏出液;与一般的蒸发相比, 它的单位体积蒸发面积大;与反渗透相比, 它对设备的要求低且过程中溶液浓度变化的影响小。另外膜蒸馏能在常压和稍高于常温的条件下进行, 在阳光强度高、太阳能资源丰富的西部地区更有开发利用的价值, 尤其在淡化西部苦咸水应用工程中[1]。

1 膜蒸馏技术原理

1.1 膜燕馏技术原理[2,3]

当不同温度的水溶液被疏水微孔膜分隔开时, 由于膜的疏水性, 两侧的水溶液均不能透过膜孔进人另一侧, 但由于暖侧水溶液与膜界面的水蒸气压高于冷侧, 水蒸气就会透过膜孔从暖侧进人冷侧面冷凝, 这与常规蒸馏中的燕发、传质、冷凝过程十分相似, 所以称其为膜蒸馏过程 (membrane distillation) 。

1986年5月意大利、荷兰、日本、德国和澳大利亚的膜蒸馏专家在罗马举行了膜蒸馏专题讨论会, 会议对这一过程的命名和及其相关的专业术语进行了讨论。认为“膜蒸馏” (membrane distillatioal是该膜过程的最合适名称, 并确认膜蒸馏过程必须具备以下特征以区别于其他膜过程:

1) 所用的膜为微孔膜。

2) 膜不能被所处理的液体润湿 (琉水膜) 。

3) 在膜孔内没有毛细管冷凝现象发生。

4) 只有蒸汽能通过膜孔传质。

5) 所用膜不能改变所处理液体中所有组分的气液平衡。

6) 膜至少有一面与所处理的液体接触。

7) 对于任何组分该膜过程的推动力是该组分在气相中的分压差。

1.2 膜蒸馏的优点与弱点

1.2.1 与常规蒸馏相比膜蒸馏的优点

1) 在膜蒸馏过程中蒸发区和冷凝区十分靠近, 实际上只是膜的厚度, 蒸馏液却不会被料液污染, 所以膜蒸馏与常规蒸溜相比具有较高的蒸馏效率, 并且蒸馏液更为纯净。

2) 在膜蒸馏过程中, 由于液体直接与膜接触, 最大限度地消除了不可冷凝气体的于扰, 无需复杂的蒸馏设备, 如真空系统, 耐压容器等。

3) 蒸馏过程的效率与料液的蒸发面积直接相关, 在膜蒸馏过程中很容易在有限的空间中增加膜面积即增加蒸发面积, 提高蒸馏效率。

4) 在该过程中无需把溶液加热到沸点, 只要膜两侧维持适当的温差, 该过程就可以进行, 有可能利用太阳能、地热、温泉、工厂的余热和温热的工业废水等廉价能源。

1.2.2 与其他膜过程相比膜蒸馏的优点

1) 膜蒸馏过程是在常压下进行, 设备简单、操作方便, 在技术力量较薄弱的地区也有实现的可能性。

2) 在非挥发性溶质水溶液的膜蒸馏过程中, 因为只有水蒸气能透过膜孔, 所以蒸馏液十分纯净, 可望成为大规模、低成本制备超纯水的有效手段。

3) 该过程可以处理极高浓度的水溶液, 如果溶质是容易结晶的物质, 可以把溶液浓缩到过饱和状态而出现膜蒸馏结晶现象, 是目前惟一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程。

4) 膜蒸馏组件很容易设计成潜热回收形式, 并具有以高效的小型组件构成大规模生产体系的灵括性。

1.2.3 膜蒸馏的弱点

1) 膜蒸馏是一个有相变的膜过程, 汽化潜热降低了热能的利用率。所以在组件的设计上必需考虑到潜热的回收, 以尽可能减少热能的损耗, 与其他膜过程相比, 膜蒸馏在有廉价能源可利用的情况下才更有实用意义。

2) 膜蒸馏与制备纯水的其他膜过程相比通量较小, 所以目前尚未实现在工业生产中应用, 如何提高膜蒸馏的通量也就成为一个重要的研究课题。

3) 膜蒸馏采用疏水微孔膜, 与亲水膜相比在膜材料和制备工艺的选择方面局限性较大。

2 膜蒸馏技术的应用

2.1 膜蒸馏技术在海水淡化中的应用

最初, 膜蒸馏技术的开发是以海水淡化为目的的, 所以有关于膜蒸馏分离技术用于海水淡化的研究前几年报道较多[4], 近几年利用膜蒸馏进行海水淡化研究的工作是在以前研究工作的基础上进行了深入的研究。

赵晶等[5]利用膜蒸馏技术对三种膜蒸馏过程进行了比较。采用聚偏氟乙烯 ( PVDF) 中空纤维疏水微孔膜, 以质量分数3.5%NaCl水溶液为模拟海水测试液, 进行膜蒸馏脱盐实验。比较了真空 (VMD) 、气扫式 (SGMD) 和直接接触膜蒸馏 (DCMD) 过程的脱盐性能, 考察了料液温度、流速、浓度以及冷侧冷凝条件等操作条件对过程性能的影响。结果表明: VMD过程的产水通量最高, 达到21.8L/ (m2·h) ;DCMD次之, SGMD最小。三种MD过程的渗透通量均随料液温度的升高而增大, 随料液浓度的增加而降低;SGMD和VMD过程通量分别随冷侧气体流速和真空度增加而提高, 而DCMD过程通量则几乎不随冷却水流速变化而改变。SGMD、DCMD和VMD过程的脱盐率分别为99.97%、99.98%和99.99%, 几乎不随操作条件而改变。

王宏涛[6,7]进行了真空膜蒸馏脱盐过程及海水淡化的实验室研究, 并在此基础上设计、研制和运行了一套1m3/d的放大膜蒸馏实验装置, 初步进行了膜蒸馏海水淡化的可行性实验和分析研究。在膜蒸馏实验研究中, 设计和制备了错流式中空纤维膜组件, 对料液的最优走向进行了较系统的研究, 结果表明:在实验条件相同或相近的情况下, 料液流经壳程比流经管程能够获得的更高的膜产水通量。当料液流经壳程时, 进料液体与纤维之间形成错流, 很大程度上减小了膜表面温度边界层的厚度, 削弱了温度极化效应, 从而增大了边界层的传质系数, 较大程度上改善和提高了膜的产水通量。他们还采用错流式减压膜蒸馏海水淡化试验研究。利用聚丙烯 (PP) 中空纤维膜制作了矩形中空纤维膜组件进行减压膜蒸馏海水淡化试验, 考察了不同操作条件对膜通量的影响以及膜通量的衰减和膜污染情况, 探讨了海水膜蒸馏的操作条件-膜通量曲线的特征。试验过程中获得了比较高的膜通量, 最高膜通量达到了46kg/ (m2·h) , 产水电导率保持在100μS/cm以下, 过程的脱盐率保持在99.99%以上。

郝高峰[8]以沟流效应为理论依据, 对组件封装分率与跨膜通量之间的关系做了定性分析。通过改变组件有效长度和组件内径的方式制得了一系列膜面积相同而封装分率不同的中空纤维膜组件, 通过对比实验发现在相同实验条件下, 随着封装分率的提高, 流体分布更加趋于均匀, 沟流效应降低, 跨膜通量增加。也正是由于膜丝的非均匀分布, 才使得热料液走管程和走壳程两种操作方式存在一定的差异。对一系列膜面积不同的组件进行了对比实验, 发现在相同的实验条件下, 组件跨膜通量随膜面积的增加明显下降, 而总产量则有所增加。

2.2 膜蒸馏技术在苦咸水淡化中的应用

目前, 在我国采用膜分离技术进行苦咸水淡化, 可以解决饮用水和工业生产的急需。以西北地区为例, 土地占全国的1/3, 但单位面积水资源总量仅为全国平均值的1/5, 且大量水为地下高中盐度苦咸水, 无法直接饮用, 成为经济发展的最大制约因素之一。而膜分离技术因其无相变、高效、节能、工艺简单等特点, 在我国水资源持续发展战略中起着越来越重要的作用[9]。

李玲等[10]对罗布泊地下苦咸水采用减压膜蒸馏技术进行了淡化研究。他们考察了减压膜蒸馏淡化高浓度盐溶液过程中料液温度、浓度、冷侧真空度对膜通量及截留率的影响, 结果表明:温度与膜的渗透通量成指数关系;浓度对膜渗透通量的影响呈倒S形;冷侧真空度拐点后膜的通量与膜两侧水蒸汽分压平方根的差成直线关系, 这种关系说明了水蒸汽在膜孔内的传质过程是以扩散为主;将减压膜蒸馏过程应用于新疆某地下电导率达到102500μs/cm的地下苦咸水淡化处理, 可获得馏出液电导率均小于10μs/cm的较好效果。设计了出水量约为1m3/h的减压膜蒸馏装置, 并初步进行了经济评价。成本估算, 以减压膜蒸馏淡化该苦咸水的运行费用为0.5元/m3左右。

2.3 膜蒸馏技术在废水处理中的应用

胡斯宪等[11]人采用自制中空纤维膜蒸馏组件对含甲醇废水进行膜蒸馏处理, 研究影响甲醇通量的诸因素:如料液温度、浓度、流速以及载液流量等, 通过实验得出处理甲醇废水的最佳条件, 即料液温度为45℃, 载液温度为20℃, 两侧流量为11.5ml/min, 膜通量约为0.45×10-3kg/m2·h。采用膜蒸溜法, 浓度高达10mg/ml的甲醇废水溶液经处理后可降至0.03mg/ml以下, 达到国家规定的排放标准, 可作农用灌溉水。

王树立等[12]通过膜蒸馏的试验研究, 得出了膜蒸馏方法处理甲醛废水的操作条件与传质系数、膜通量、分离效率的优化关系。膜蒸馏传质系数在25×106m·s以上。通过试验研究和对比分析, 得出聚四氟乙烯膜更适合膜蒸馏法分离甲醛废水。膜蒸馏法分离甲醛废水可以有效的回收甲醛, 回收率达82%以上, 实现资源化利用。

利用膜蒸馏技术处理吸收炼矿烟气酸性废水的研究方面, 王鹤等[13]采用天然碳酸钙中和烟气吸收酸性废水, 研究了中空纤维结晶膜蒸馏技术对中和后废水处理的效果。考察了料液温度、起始浓度、流速、pH 值等因素对膜通量的影响。在选定的条件下对水样进行连续膜蒸馏处理。结果表明, 在料液温度50℃, 料液速度为18.5ml/min, pH 值为7, 运行18h后, 浓缩溶液开始出现结晶, 结晶效果较好。截留率均接近100%。

张凤君等[14]采用中空纤维膜蒸馏技术研究了糠醛废水的膜蒸馏处理效果。并得出如下结论:

1) 吸收液的浓度、料液的浓度和流速对糠醛废水中醋酸的膜蒸馏过程有较大影响, 且趋势基本相同;但对糠醛的影响较小。而温度对两过程都有不同程度的影响。

2) 在设定条件下, 经过12h的运行之后, 醋酸的去除率可达76.3%, 而糠醛也达到了40.1%, 此过程可降低料液中糠醛和醋酸的含量, 减小了低分子量有机酸对微生物危害的影响, 为后续生物处理奠定了基础。

在印染废水处理方面, 王婷等[15]采用真空蒸馏方法处理高盐度印染中间体废水。结果表明:进料温度对膜渗透通量的影响较大, 随温度的升高渗透通量显著增大, 对于预处理后的印染废水, 流速为50L/h时, 当温度从60℃提高到80℃, 膜蒸馏通量从5.644kg/ (m2·h) 增长到8.937kg/ (m2·h) ;流量对膜蒸馏通量无显著影响;膜蒸馏通量随进料浓度的增加而下降, 当废水盐度高于22%时, 膜蒸馏通量显著降低至2.5kg (m2·h) 。经过预处理后的印染中间体废水膜蒸馏产品水COD降为400mg/L以下, 色度降为80。

段小林等[16]采用聚丙烯微孔膜对含铀废水进行真空膜蒸馏 (VMD) 处理研究, 研究结果表明, 膜具有良好的分离性能, 膜通量为3.5kg/ (m2·h) , 截留率为99.1%, 馏出液中铀的质量浓度均低于国家排放标准0.05mg/L。真空膜蒸馏法作为一种水处理技术。

高浓度氨氮废水是一种处理难度较高的废水, 刘乾亮等[17]采用直接接触式膜蒸馏工艺处理高浓度氨氮废水, 以硫酸溶液为吸收液, 考察了吸收液浓度对膜蒸馏过程中氨氮的传质和分离性能的影响。结果表明, 以硫酸为吸收液对高浓度氨氮废水的处理有很好的效果, 吸收液浓度的增加对氨氮的传质过程和去除没有明显的促进效果, 但可极大地促进水的传质, 从而导致分离系数下降, 易造成疏水膜的润湿。

2.4 膜蒸馏技术在反渗透浓水处理中的应用

反渗透浓水一直是水处理中的一个较为头痛的问题, 多年来膜技术人员都在反渗透浓水的处理研究方面投入了大量的人力和物力, 目前采用膜蒸馏技术处理反渗透浓水的研究已取得了一定的成绩。

王军等[18]人采用疏水膜蒸馏浓缩 (MD) 技术处理低压反渗透 (RO) 系统的浓水, 系统地研究了MD技术用于RO浓水回用处理的运行参数, 以及RO浓水的pH值与MD浓缩倍数对膜通量和产水水质的影响。同时采用VisualMNTEQ ver 2.51软件系统地分析了膜蒸馏浓缩过程中, 碳酸钙、硫酸钙、氢氧化镁等难溶盐的溶解度及其饱和指数与RO浓水pH值、温度及浓缩倍数的关系, 确定了MD稳定运行的控制参数。最后, 进行了连续180h的MD试验。结果表明:采用MD技术处理RO浓水, 进而形成RO/MD集成系统, 不仅具有技术可行性和可操作性, 而且可大幅度提高系统的产水率, 实现RO系统的近“零排放”。

陈利等[19]分别采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜对反渗透海水淡化浓盐水进行真空膜蒸馏的研究。考察了膜下游真空度、浓盐水温度、浓度、流速对膜通量及截留率的影响。结果表明, 真空度增大, 膜通量和截留率呈增长趋势。料液温度升高, 膜通量增加, 截留率呈减少趋势。料液流速增加会使通量增加, 截留率呈减少趋势, 但影响相对不大。随着料液浓度的增加, 膜的通量下降, 截留率基本保持不变。最大截留率可达99.99%, 表明利用真空膜蒸馏技术可有效实现反渗透海水淡化浓盐水的浓缩。还有刘东等[20,21]采用自制的高通量PVDF中空纤维疏水微孔膜, 通过VMD过程对石化企业废水处理的RO浓水进行处理。浓水中微溶盐的沉积是造成VMD过程通量降低的主要原因, 对其进行适当处理以去除微溶盐, 有利于过程通量的保持。在真空度0.095MPa, 原水温度70℃, 流速0.66m/s的条件下, 对经过除硬预处理的RO浓水的VMD过程通量达25.83kg/m2·h, 浓缩至20倍时, 通量保持在10kg/m2·h, 过程产水电导率保持在4μs/cm以下, 脱盐率达99.99%, 产水COD稳定于35~45mg/L间。

采用膜蒸馏法浓缩处理反渗透浓水, 在未经预处理、酸化预处理和阻垢预处理后的反渗透浓水的三种MD试验中产水电导率保持稳定, 对盐分的截留率>99%。在MD浓缩未经预处理的RO浓水过程中, 溶液中有CaCO3沉积, 堵塞膜孔后造成膜通量的下降。酸化预处理后水样在MD浓缩过程中, 通量衰减在一定程度上得到了减缓, 但是随着浓缩过程的进行, CaSO4、硅等仍然在膜表面沉积, 造成产水通量下降。阻垢预处理可以预防难溶盐在膜表面的沉积, 减缓膜污染和膜通量的衰减。在浓缩倍数为3倍的条件下, 经过112h的运行后, 产水电导率稳定在5μs/cm以下, 产水通量下降缓慢[22]。

2.5 膜蒸馏技术在其他方面的应用

膜蒸馏技术发展初期, 主要是针对海水淡化进行研究的, 随着膜蒸馏技术研究的不断进展, 逐步扩展到苦咸水淡化、废水处理以及食品、冶金等行业都有研究。以聚偏氟乙烯疏水膜为材料, 采用减压膜蒸馏技术在较高真空度下浓缩硫化钠溶液。浓缩过程产水电导维持在10μs/cm以下, 脱盐率大于99.99%[23]。在制药领域中, 有人采用直接接触式膜蒸馏方法研究了热敏性物质青霉素水溶液浓缩过程的可行性及操作条件对浓缩过程的影响, 结果表明, 膜蒸馏可以有效地浓缩青霉素水溶液, 而且浓缩过程比较稳定[24]。唐建军等[25]对减压膜蒸馏法浓缩氧化铝碳分母液的可行性进行了研究, 试验表明:减压膜蒸馏对NaAlO2-NaOH及NaCO3等非挥发性组分的截留率不低于97%, 蒸馏液的pH值约13, 能达到有效浓缩碳分母液的目的。将膜蒸馏技术用于中药提取液浓缩已有一些研究报道。陆文超等[26]采用中空纤维膜组件对中药提取液进行直接接触式膜蒸馏浓缩, 进行了膜蒸馏法浓缩中药提取液过程膜污染机理类型的确定。李会等[27]进行了膜蒸馏浓缩中药提取液过程膜污染的气体反冲洗抑制, 结果表明, 采用气体反冲洗能够明显抑制膜污染, 可以有效地清除在膜表面造成膜污染的污染物, 在反冲洗期间, 污染层阻力增长相对较慢。

3 展望

从近几年的文献的报道中可以看到, 膜蒸馏技术正在不断地完善, 目前膜蒸馏技术在某些领域有小批量的工业应用, 但是离实现工业化目的还有一段路程, 仍有很多问题有待解决, 这就需要广大科技人员进行不断的努力。总之, 通过故意研人员的努力, 膜蒸馏技术会在以下几个方面有很大的发展。

1) 降低膜蒸馏技术的能耗, 推膜蒸馏技术的发展。由于膜蒸馏能耗较高, 在海水淡化以及苦咸水淡化方面制水成本与反渗透存在一定的差距, 因此与反渗透相比竞争力较低, 如果能够降低膜蒸馏技术的能耗, 在海水淡化及苦咸水淡化领域将可争得一席之地。

2) 反渗透海水淡化及苦咸水淡化过程中, 产生的浓水一直是科研人员头痛的问题, 在今后的研究过程中, 膜蒸馏技术是克服这一难题的首选技术。

3) 在食品、农产品加工等领域, 膜蒸馏技术将会有巨大的发展前景, 溶液浓度极高时, 会产生极高的渗透压, 这是反渗透过程无法运行, 而膜蒸馏可把水溶液浓缩至过饱和状态, 因此, 在果汁、中药等对温度热敏要求较高的生产工艺过程中, 膜蒸馏技术就会显示出其巨大的优势。

4) 从文献中可以看到在化学物质的浓缩方面是膜蒸馏也有着巨大的发展空间。

蒸馏技术的强化与节能 篇3

关键词蒸馏技术;蒸馏原理;蒸馏强化;蒸馏节能

中图分类号O4-0文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)032-0106-01

蒸馏技术是化学工业的首选分离技术,200多年前就已经被广泛应用。1813年由法国的Cellier-Blumental建立了第一个连续蒸馏竖塔,1820年技术师Clement最早将填料应用在酒精厂中,Perrier于1822年在英格兰引进了早期的泡罩塔板,Coffey于1830年发明了筛板塔……随着经济全球化和工业的迅猛发展,各相关学科的相互渗透以及蒸馏学科本身的发展,蒸馏技术正逐步向蒸馏装置大型化、过程强化、节能和环保方向迈进。

1蒸流过程的基本原理

蒸流过程是利用混合物中各组分的挥发度不同而进行分离的。一般在蒸馏塔内进行气液相的接触分离过程,蒸馏塔内装有提供气液两相逐级接触的塔板,或连续接触的填料。挥发度较高的物质在气相中的浓度高于液相中的浓度,借助于多次的部分汽化及部分冷凝,达到轻重组分的分离。

待分离的原料经过预热达到一定温度后进入塔的中部。由于重力,液体在塔内自上而下流动,由于压力差,气相则自下而上流动,气液两相在塔板或填料上接触。液体到达塔釜后,一部分被引出成为塔釜产品,另一部分经再沸器加热汽化后返回塔中作为气相回流。蒸汽到达塔顶后被冷凝,一部分冷凝液作为塔顶产品引出,另一部分作为液相回流返回塔中。由于挥发度不同,液相中的轻组分转入气相,而气相中的重组分则进入液相,在两相中发生物质的传递。结果是塔顶得到轻组分,塔釜得到重组分,使轻、重组分得以分离。

2蒸馏技术的强化与节能

随着石油化工、化学工业、环境化工等领域的不断发展与兴起,使得蒸流分离过程的大处理量、连续化操作优势得以充分发挥。但蒸馏是高能耗的分离过程,在大型工业化生产过程中无法避免的遇到产品高纯度与高能耗的矛盾,蒸馏技术的强化与节能显得尤其重要。

2.1蒸馏技术的强化

化工强化强调在生产能力不变的情况下,在生产和加工过程中运用新技术和设备,极大地减小设备体积或者极大地提高设备的生产能力,显著提高能量效应,大大减少废物排放。强化蒸馏和传质过程的主要途径有如下几方面:

1)通过改进设备结构,利用高效塔板、规整填料、和散装填料(如为改善两相流动和接触发展出的新型规整填料和喷射式并流填料塔板)等新型塔内件。

2)引入质量分离剂(包括催化剂、反应组分、吸附剂、有机活性组分、无机电解质等)的各种耦合蒸馏技术。

3)通过活化剂强化精馏技术,活化剂的种类大致有以下几种:芳烃浓缩物、表面活性物质、复合活化剂、低分子醇等小分子化合物、合成高分子聚合物。

4)引入第二能量分离剂(如磁场、电场和激光)。

2.2蒸馏技术的节能

蒸馏过程的能耗巨大,因此,蒸流过程的节能尤为重要。一般来讲,考虑节能时,考虑的范围越广、越全面,总的节能效果越好。蒸馏技术节能的途径主要如下:

2.2.1采用新技术,改进工艺过程

改进工艺过程是蒸馏装置节能的要手段,包括改进工艺生产流程,采用节能新工艺、新技术等内容。如热耦蒸馏、压差蒸馏等。

2.2.2采用新型、高效、低耗设备降低能耗

包括对塔内件进行改造,改善分流效率。如应用新型塔板、新型流线型填料或其符合形式提高分离效率,降低能耗;实用新型换热器提高热回收率。如优化设计的折流杆换热器、不易结垢的流化床换热器以及焊接式等紧凑型高效节能换热器等;应用新型节能燃烧器、磁化器等提高加热炉效率。

2.2.3流程节能

多组分分离顺序的选择是分离过程中常遇到的问题。在分离多组分混合物时,要对分离塔进行排序。采用多段进料、侧线采出、侧线汽提和热耦合等方式所构成的复杂塔及其塔系能很好的实现节能。

2.2.4系统节能(“夹点技术”)

系统节能的理论和方法是在过程系统和热力学分析两大理论的发展及其相互结合与渗透的基础上产生的。系统节能是相对局部节能而言的,是指从整个系统全局考虑能量的转换、回收、利用等。

2.2.5加强监控,优化操作

如计算机监控与管理,改善操作条件等。一方面是通过控制,减少因工况波动等因素造成的分离不足,从而减少能量损失。另一方面,为了节能,回收利用各种余热,物流之间和设备之间的相互联系牵制加强了,使得生产操作弹性缩小,并通过控制系统进行协调操作。

3结束语

进一步发展,我国应致力于设备体积、产业化周期、能耗、物耗和环保等方面强化蒸馏,应用现代蒸馏理论和技术,使用计算流体力学、三维设计等科技手段来解决蒸馏装置大型化中的气液分布问题、液面梯度问题、大型设备的研制问题、大型支撑结构的强度和刚度问题、长周期、可靠性等问题,以实现节能、降低成本,提高国际竞争力。

参考文献

[1]潘家祯.过程原理与装备[M].北京:化学工业出版社,2008.4,P154-159.

[2]柴诚敬.化工原理下册[M].北京:高等教育出版社,2006.1,P87-142.

[3]李鑫钢.现代蒸馏技术[M].北京:化学工业出版社,2009.1,P1-14.

作者简介

李沛虹(1988-),女,汉族,山西晋中人,中国矿业大学化工学院过程装备与控制工程专业。

膜蒸馏技术 篇4

分子蒸馏技术在烟用香料提取分离中的应用

采用分子蒸馏技术富集烟叶碎片萃取物中的.致香物质.通过正交试验优化得到最佳分离条件:压力0.IPa、温度60℃、转子转速250r・min-1、进料流速70mL・h-1.卷烟加香试验表明:该馏出物能够增补卷烟香气中的清甜香韵,增加香气的透发飘逸感,是一种适宜卷烟加香的理想香精制品.

作 者：高旭 陈鹏 洪林军 王立峰 杨君 GAO Xu CHEN Peng HONG Lin-jun WANG Li-feng YANG Jun  作者单位：云南天宏香精香料有限公司,云南,玉溪,653100 刊 名：化学工程师  ISTIC英文刊名：CHEMICAL ENGINEER 年，卷(期)： “”(10) 分类号：O658.3 关键词：分子蒸馏   致香成分   正交试验   分离  

离子膜法制烧碱节能技术分析论文 篇5

1.1节约动力电

在当下烧碱生产设计过程中，经常会出现动力电消耗现象，尤其是氯碱生产中电解槽装置的电能消耗量，尤其明显，且大部分都是来自于回流电路。因此，只有控制好电解槽的电压，使其各项指标达到基准范围才能实现生产节约目标。可以利用离子膜法制烧碱节电技术来完成，具体做法可以从以下几方面进行分析。其一，更换电解槽中氯气输送水环泵，可以选用节能型氯气压缩机来替代。其二，利用中、高压法来进行液氯生产，最大化保证节能生产效果。其三，对电解槽所释放的热量进行有效回收，进而满足氯气和氢气排放需求。其四，针对一些大型氯碱生产电器，应采用变频调速技术，来进行节电控制，并严格检测进槽盐水的各项指标，防止电压过高产生大量的电能消耗，可以采用零极距电解槽来控制电压流动状态。其五，当条件允许时，可直接将氢气输送出临界面，从而减少动力消耗，提高电流效率。最后，在适当条件下，可通过降低氯压机和氢压机出口的压力，来实现动态节能生产[1]。

1.2节约照明用电

通常，工业照明用电，主要包括：室内照明，户外装置照明，站、场照明，地下照明，道路照明等。按照国家相应的建筑照明设计标准来看，现下，氯碱工业照明用电值要远远高于基准用电参数，因此，为了实现节电生产，应将其照明系统控制在40W范围内，就可完成基本生产。

2离子膜法制烧碱节水技术分析

氯碱工业生产属于用水量较大的生产行业，据相关数据证明，普通中小型企业年用水量就可高达数百万吨以上，而大型生产企业则要用到近千万吨用水量。除此之外，氯碱工业所产生的污废水排放量也要高于其它化工生产企业，随着其企业规模的不断扩大，生产用水及水环境污染情况也在日益加剧，因此，相关企业应大力实行节水环保的生产原则，全面提升企业水资源的合理利用。首先，可以循环利用设备冷却水，使其达到跨车间、跨工段、跨岗位的利用效率，并对一些用水量较大的生产车间，实行安装冷却用水闭路循环系统，这样就可在一定程度上，达到节水目的，控制水资源浪费情况。其次，要结合季节变化，采取不同的污水处理措施，如在炎热的夏季，可将工业废污水通过蒸发技术的处理，使其幻化成可以利用的化盐，从而实现零污染、零排放的生产目标；冬季由于气温较低，为了避免机封水的冻结，可以通过加快运行泵中冷却水的传输速度和备用泵中机封水流量，来减少回水的产生，但由于其会紊乱烧碱系统中的冷却水流速，所以，在未来发展中，还需创新出更为有效的水治理方法[2]。

3离子膜法制烧碱节能降耗技术分析

通常，氯碱生产企业在进行采卤工序时，都会运用到相应的采卤设备，其在运行过程中，会产生大量的动力消耗，因此，针对这种使用现象，可以通过离子膜法制烧碱节能降耗技术来进行解决，可以通过以下几种技术措施进行处理[3]。

3.1采卤泵换型技术

在多段速采卤环节中，可以根据实际生产情况和采卤曲线图，来完善现有的采卤系统，通过泄露测试来检测其使用性能，确保其低能耗、高质量的运行效果。同时，还可以引进先进的采卤泵及其快速消除井来进行氯碱生产，这两种新型设备具有简洁的系统结构、高效的使用性能，操作起来，极为简便，且处理采卤泵内部结晶的工作效率也是高于其它采卤设备很多倍，是现下氯碱生产企业中运用率最高的生产装置。

3.2盐泥泵换型技术

一般情况下，一次盐水工序会涉及两台盐泥泵，一台作为主机、一台作为辅机。因此，在选用盐泥泵设备时，一定要确保整机、电机、及电设机的质量，使其符合生产标准，能够有效达到节能操作效果。同时还要注重搅拌叶轮的安装质量，保证水底淤渣搅拌的细密度，防止出现堆积，影响盐泥泵的正常运转。

3.3降低高压蒸汽消耗技术

高压蒸汽是离子膜法制烧碱过程中不可缺少的组成元素，但是在盐酸合成工序中的使用率，就要低于副产蒸汽合成炉，这样就会使其形成大量的蒸汽消耗。因此，为了达到节能生产效果，应利用低压蒸汽来替代高压蒸汽，这样既能促进低压蒸汽的回收利用，又可以降低高压蒸汽的消耗量，进而实现良好的节能生产目标。

4结语

随着人们环保生产意识的不断提高，我国氯碱工业生产企业，也开始在技术上进行了全面的革新，不断采用节能减排的生产装置，即离子膜法制烧碱技术，不仅有效控制了能源消耗现象，增加企业的经济效益，而且在节电、节水、节能方面，也发挥了较大的功效，使氯碱企业在提高生产效率和生产质量的同时，也实现了低能耗、低污染、低排放的节能生产目标。

参考文献：

早春双膜覆盖栽培西瓜技术 篇6

西瓜早春双膜覆盖栽培比普通露地栽培西瓜早上市1个月左右,667 m2纯收入增加1 500元左右,而且腾茬早，便于下茬安排.

作 者：李强  作者单位：滑县农业技术推广中心,河南,安阳,456400 刊 名：北方园艺  PKU英文刊名：NORTHERN HORTICULTURE 年，卷(期)：2010 “”(6) 分类号：S651 关键词： 

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化工分子蒸馏设备及应用技术 篇7

1 分子蒸馏技术与设备进展

分子蒸馏技术是一种十分先进的技术, 被广泛的应用在化工分离企业中, 其所使用的设备十分先进, 可以说设备直接决定了分子蒸馏的效果。现如今, 分子蒸馏设备已经有所改进, 而且还有很多设备正在研究中, 以使其结构形式更加适合蒸馏, 化工分子蒸馏主要设备有以下几种:

1.1 降膜式分子蒸馏器。

这种设备主要是由两大部分构成, 一是冷凝器, 二是蒸发器, 这两部分可以说是同心简体, 流体依照重力作用, 在加热壁面进行流动, 而在流动期间, 生成了薄膜, 相关人员将物料进行加热处理, 此时蒸发物质会冷凝, 而如果物料并没有完全的蒸发干净, 这些残余物料通过中不断的蒸发就会生成蒸发液膜, 同时在加热面上, 通过不断的受热, 继而蒸发。相关学者对该设备的蒸馏过程进行了大量的论证分析, 研究发现, 如果能够将外筒体看作蒸发面, 就会增加蒸发面面积, 则在相同的时间内, 就会提前完成蒸发任务, 而将内筒体看作是冷凝面, 因其面积比较小, 便于馏出物有效收集。

这种装置应该是早期的化工分子蒸馏设备, 其结构比较简单, 蒸发面上通过操作会生成液膜, 这对蒸馏效率有很大的消极影响, 尤其是液膜厚度越大, 这种影响也就越明显, 再加之, 液膜厚度非常不均匀, 最终导致热点使组分解。通常情况下, 液膜流动主要的形式是层流, 无论是传质, 还是传热阻力都非常大, 因此这设备现在很少有国家使用。另外, 此种设备的应用, 限制性条件比较多, 不仅会受到蒸馏物质的限制, 同时也还会受到停留时间的影响, 所以其蒸发率十分有限。

1.2 刮膜式分子蒸馏装置。

此种装置是一种改进装置, 其主要是针对浆膜式分子蒸馏器的缺陷进行的一种改进。刮膜式分子装置的基础依然是浆膜蒸馏器, 只是在其中安装了滚筒式刮膜板, 物料轴向流动时, 刮板对液膜会形成一定的滚动压力, 进而保证液流可以有效的分布, 缓解薄厚不均匀的情况, 将物料迅速刮成厚度相同, 可以快速更新的蒸发膜, 这样下流液层就会得以搅拌均匀, 从而使得蒸发面液层更新速度更快, 这样无论是物料的传质, 还是无料的传热都得以强化。蒸发壁面上的液膜厚度以及具体的分析情况, 直接关系到装置的分离效率, 特别是那些不太容易分离的物料。

此种装置具有很多优势:首先, 薄膜十分均匀, 而且具有连续性, 利于传质以及传热的顺利进行, 进而提高分离效率, 同时不会出现热分解的情况;其次, 液膜厚度比较小, 同时其流动的形式是蒸发表面, 能够减少很多不必要的麻烦;再次, 物料几乎不会停留, 即使停留也只是极短的时间, 而且因其能连续蒸馏, 具有十分强大的生产性, 可以进行工业化的规模生产, 而且这种装置, 结构并不复杂, 成本比较低, 因此其在实验室以及工业生产中已经被广泛的应用。但是这种装置也有一定的劣势:液体分配装置难以完善, 很难保证所有的蒸发表面都被液膜均匀覆盖;液体流动时常发生翻滚现象, 所产生的雾沫也常溅到冷凝面上并且由于刮膜器的作用, 液体的流动、传质和传热过程变得很复杂, 其内部的许多化学工程参数均难以测定, 使得对刮膜分子蒸馏过程运行。

2 分子蒸馏在精细化工中应用

2.1 动植物营养有效体分离方面的应用。

分子蒸馏技术在食品行业中的应用, 主要是用于分离、纯化一些对人体有益的活性物质及有效成分, 如二十八烷醇的分离、葡萄籽油的精炼、不饱和脂肪酸的分离、维生素、类胡萝b素的提取等。天然产品中的有效成分大部分都含量甚微, 而且某些活性有效成分往往热稳定性差、易氧化变质。因此, 用传统方法分离方法很可能破坏这些成分的活性, 而且分离效果也不佳。由于分子蒸馏技术的特点, 已经决定了在这方面的应用成为必然。目前, 分子蒸馏技术已应用于从鱼油中提取DHA和EPA、从植物油中提取天然维生素E以及提取a-亚麻酸等多种产品的工业化生产中, 显示出了巨大的经济效益。

2.2 医药及其中间体工业上的应用。

在医药行业中, 由于医药中间体在高温下容易分解等特点, 普通蒸馏很难满足其分离要求, 而采用分子蒸馏技术后, 分离难度就大大降低。分子蒸馏技术可以用少量的粗提物, 在高效率的分离控制下, 将标准品与其他组分进行清晰分离, 从而使单体达到非常高的纯度。

分子蒸馏技术不仅对天然活性物质分离上具有高效分离和纯化的特点, 为新药创制过程中单体成分的分离纯化提供了简捷的手段, 同时还可用于制备天然药物标准品、医药中间体的提纯等诸多方面, 例如制备激素缩体、葡萄糖衍生物等。分子蒸馏技术还可用于制备天然药物标准品、医药中间体的提纯等方面, 例如制备激素缩体、葡萄糖衍生物, 以及天然维生素、胡萝卜素等。

2.3 资源综合利用及精细化工产品分离应用。

分子蒸馏可以脱除物质中的轻分子组分, 因此, 在聚氨酯工业中可以用来除去有毒的异氰酸酯单体;在香精香料工业中对天然香精油进行脱臭、脱色和提纯;在制备过程中除去萃取工艺中残留的有机溶剂、催化剂以及产品中的各项杂质等。一个典型的例子是二聚酸的分离, 传统的二聚酸提纯工艺是用真空蒸馏法, 此法蒸馏有温度高、分离温度差、受热时间长等缺点, 无法得到高纯物, 采用分子蒸馏能使产品的纯度达到96%以上。类似的例子还有树脂中单体的脱除、辣椒红色素中脱除辣味、香料类物质脱臭等。鱼油甘三酯脱酸、小麦胚芽油脱酸、米糠油脱酸、椰子油脱酸、大豆油脱酸等, 从天然物质中去除轻组分大部分条件下可应用分子蒸馏技术解决分离问题。

结束语

综上所述, 可知对化工分子蒸馏设备及应用技术进行分析十分必要, 因为作为一种先进的蒸馏技术, 其迟早要进入到很多的行业, 只是由于受到各种条件的限制, 目前还不能实现广泛的应用, 但是在其被广泛应用之前, 可以让相关行业人员对其更加的了解, 并且能够树立应该这种技术的意识, 这为相关行业的应用奠定了基础, 而且这种蒸馏技术具有很大的市场发展潜力, 对其进行研究能够让更多的人关注这种技术。

参考文献

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[2]孙月娥, 李超, 王卫东.分子蒸馏技术及其应用[J].粮油加工, 2010 (2) .

[3]白宇, 张炳南, 高昌保, 林国强, 何宇颉, 钱树成.分子蒸馏过程技术研究及其应用进展[J].化工装备技术, 2009 (1) .