《分離技術(shù)概論》膜蒸餾與膜吸收

1、浙江大學(xué)材料與化工學(xué)院浙江大學(xué)材料與化工學(xué)院陳歡林教授、張林博士膜吸收膜吸收膜萃取膜萃取膜蒸餾膜蒸餾 膜接觸器以多孔的疏水或親水膜作為傳遞介質(zhì)，并與氣體吸收、液體萃取、氣提、蒸餾等過程相結(jié)合的一種新型的膜分離技術(shù)。 按氣液傳遞方式有： 氣液型、液氣型、液液型等三種； 按作用機(jī)理可分為： 膜吸收、膜萃取、膜氣提、膜蒸餾等。 通過膜的多孔性與疏水性（或親水性），將汽液二相隔開，氣液接觸在膜界面上實(shí)現(xiàn)； 無論流率多低，所有膜表面都能有效地進(jìn)行氣液接觸，且接觸界面很大； 氣體和液體流率能相互獨(dú)立地改變而不產(chǎn)生液泛、滴漏、泡沫等現(xiàn)象。 以多孔的疏水或親水膜作為傳遞介質(zhì)，并與氣體吸收過程相結(jié)合的一種新型的

2、膜分離技術(shù)。 能進(jìn)行氣體的吸收或氣提，有兩種操作方式： 氣體充滿膜孔， 吸收劑充滿膜孔。 物質(zhì)i的膜吸收或氣提速率可用局部傳質(zhì)速率或總傳質(zhì)速率系數(shù)表示。 氣體i通過不能濕潤的疏水多孔膜的局部界面?zhèn)髻|(zhì)速率及濃度分布?xì)怏wi以串聯(lián)形式擴(kuò)散通過氣相膜、被氣體充滿的膜孔，以及液相膜三個(gè)區(qū)域，其通量及局部傳質(zhì)系數(shù)可表示。 kCCiliiilbNkppkppiigigbimiimimiii氣體通量及局部傳質(zhì)系數(shù)氣體通量及局部傳質(zhì)系數(shù)關(guān)系關(guān)系式中，Kg為氣相傳質(zhì)系數(shù)，Ke為液相傳質(zhì)系數(shù)， 式中 ，NKg ppK CCiigbiliilb*CH p CH Pilbiiiiigb*,氣相傳質(zhì)通量與總傳質(zhì)系數(shù)關(guān)系1

3、111Kgkkk Higimili式中，氣體傳質(zhì)總阻力為氣相膜阻力，膜阻力及液相膜阻力之和。對(duì)易溶氣體Hi要大好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，可以想象，總阻力有一個(gè)極限狀態(tài)111Kkkgigim對(duì)許多氣體的膜吸收或氣提，液相總傳質(zhì)系數(shù)Kl類似于Kg表示對(duì)微溶氣體11KHkHkkliigiimil11Kklil 膜吸收或氣提過程也可用充滿吸收水劑的微孔膜來實(shí)現(xiàn)，在這種情況下，不管膜是疏水或親水的，只要膜能被吸收劑潤濕即可。 對(duì)于這種膜過程的總傳質(zhì)系數(shù)與局部傳質(zhì)系數(shù)之間的關(guān)系可表示為 以總傳質(zhì)系數(shù)表示 Nk ppk CCk C Ciigigbim iimim iiiiliiilbNK ppK CCigigbilii

4、lb*1111Kgkk Hk Higimiili111KHkkkliigimil 對(duì)微溶氣體 對(duì)易溶氣體，由于具有瞬間反應(yīng)的吸收和高濃度的吸收劑，膜阻力也可以忽略，因此總阻力會(huì)比較低1111KgkkHimili11Kkgig1KHkliig如果膜孔被吸收液體潤濕，則膜的傳質(zhì)阻力系數(shù)可表示為 式中， Dil為物質(zhì)i在吸收液體中的擴(kuò)散系數(shù)，如果膜孔被氣體充滿，那么膜傳質(zhì)系數(shù)取決于氣體在膜孔中的擴(kuò)散機(jī)制。KDlimilmm 當(dāng)膜孔半徑與氣體平均自由程之比， 遠(yuǎn)小于1。 式中， Mi為物質(zhì)i的氣體分子量，在接近大氣壓及膜孔徑近似為0.01下時(shí)，氣體i在膜孔中為Knudsen流占主要地位。 KrRTMl

5、impimm23812rp對(duì)大孔膜和氣體壓力較高時(shí)，如果 1，那么氣體在膜孔中為粘性流，當(dāng)為0.1-0.45時(shí)，在低壓下，氣體在膜孔中呈過渡流。rp 生物醫(yī)學(xué)工程、 生物發(fā)酵工程、 環(huán)境保護(hù)、 航空、航天。 應(yīng)用器件 血液供氧器 膜式氧合器（人工肺） 生物人工肝等 功能 實(shí)現(xiàn)02和C02的傳遞 中空纖維編織線血液氣體 氧合器種類 中空纖維膜式、 卷式、平板折疊式、 盤式等多種型式; 其中卷筒式、平板折疊式、盤式等均為早期采用。 近十余年來大多采用中空纖維膜式氧合器。 氣體進(jìn) O2: 713mmHgCO2: 0血液出 O2: 95mmHgCO2: 49mmHg氣體出 O2: 699mmHgCO2

6、: 13.7mmHg血液進(jìn) O2: 40mmHgCO2: 46mmHgO2CO2 用酸或堿液來吸收惰性氣體中的堿性或酸性氣體，如用2NaOH溶液來脫除廢水中揮發(fā)性的酚，可將酚含量降到50g/mL以下。還可以用H2SO4將哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)液中的氨含量由14mm降到05mm；11010010001E-51E-41E-30.01*PS*PC*CA*PPO*NR*PDMSRequirtment forclosed systemsCO2-Permeabilitat(m/s*bar)CO2-selectivity 連續(xù)補(bǔ)充O2并排除產(chǎn)生的C02； 在厭氧發(fā)酵中可以利用膜吸收技術(shù)不斷補(bǔ)充N2并排除產(chǎn)生的CO

7、2和H2； 不斷脫除發(fā)酵過程中產(chǎn)生的乙醇以實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵。 溶劑萃取是化工生產(chǎn)中常用的一種化工分離過程，在該過程中水溶液或有機(jī)溶液相中的組分被萃取進(jìn)入另一不互溶的有機(jī)或水溶液相中。為了獲得較高的相界面以增大萃取傳質(zhì)速率，一相必須以微滴形式分散到另一不互溶相中，萃取后又必須將分散相凝聚。這種常規(guī)的分離過程要求兩相間有一定密度差、在相分散和凝聚過程中不產(chǎn)生乳化現(xiàn)象、在連續(xù)逆流操作中受液泛和載點(diǎn)的限制等，具有過程放大困難、操作費(fèi)用高等不足。 是利用微孔膜的親水性或疏水性，并與萃取過程相結(jié)合的新型膜分離技術(shù). 與傳統(tǒng)的萃取過程不同，在膜萃取過程中，萃取劑與料液分別在微孔膜兩側(cè)，傳質(zhì)過程發(fā)生在分隔兩液相的

8、微孔膜的一個(gè)表面進(jìn)行，沒有相分散和聚結(jié)行為發(fā)生。 膜萃取是膜技術(shù)與萃取過程相結(jié)合的新型膜分離技術(shù), 與通常的萃取中液相以細(xì)小液滴的形式分散在另一液相中進(jìn)行兩相接觸的情況不同。膜萃取中兩相是在微孔膜表面相互接觸而進(jìn)行物質(zhì)傳遞的.1. 可避免因液滴分散在另一液相中而引起的夾帶現(xiàn)象和隨之產(chǎn)生的溶劑損失問題.2. 在一般萃取中為了使兩相相對(duì)流動(dòng), 在選擇萃取劑時(shí), 除了考慮其對(duì)被萃取組分的溶解度及選擇性外, 還必須考慮其密度、粘度、界面張力等因素對(duì)2 相接觸與相對(duì)流動(dòng)的影響. 在膜萃取中2 相分開流動(dòng)、互不影響, 選擇萃取劑時(shí)可主要著眼于溶解度與選擇性, 使萃取劑的選擇余地大大放寬。3. 由于膜萃取中

9、2 相分開流動(dòng), 在逆流萃取中可以避免一般逆流萃取中嚴(yán)重影響傳質(zhì)效果的軸向返混現(xiàn)象. 平板型平板型 中空纖維型中空纖維型 支撐液膜型支撐液膜型 夾層支撐液膜萃取 色譜膜型疏水膜基萃取溶質(zhì)濃度分布疏水膜基萃取溶質(zhì)濃度分布 對(duì)給定的疏水膜和萃取體系，以膜作為固定的兩相界面，在適當(dāng)壓差條件下，使兩相相互接觸，溶質(zhì)通過膜的相界面從一液相傳遞到另一液相，然后到達(dá)后一液相的主體流。對(duì)這種膜萃取過程，水溶液和有機(jī)溶液兩相的速率可在較寬的范圍內(nèi)變化，不產(chǎn)生液泛和夾帶。 疏水膜和萃取體系的特性疏水膜和萃取體系的特性 對(duì)疏水微孔膜，在膜一側(cè)的有機(jī)相溶液能濕潤微孔膜，并充滿膜的微孔，另一側(cè)則為不互溶的水相溶液，如果

10、保持水相側(cè)壓力相等或高于有機(jī)相側(cè)的壓力，則水有機(jī)溶液相界面就會(huì)固定在水相側(cè)的膜孔表面處。 除非過量水相壓力超過被稱為穿透點(diǎn)的臨界壓力，否則微孔中的有機(jī)相溶液不會(huì)被水相溶液所取代。 膜基萃取用膜材料膜基萃取用膜材料 PVDF 疏水性強(qiáng)，耐熱性好，且可溶紡成中空纖維多孔膜，是膜蒸餾的理想材料。 PTFE 疏水性、化學(xué)穩(wěn)定性具佳，但難溶。目前難以紡制成中空纖維多孔膜。 PP 價(jià)廉，但疏殖水性不夠好，易產(chǎn)生靜電，易污染，耐氧化性也差。先熔紡成中空纖維，再定向拉伸成孔。 膜孔徑 一般為 0.1-0.5m 孔隙率 一般為 60-80 高孔隙率可提供高蒸發(fā)面積，提高蒸餾通量，但高孔隙膜通?？讖捷^大，從而增加

11、膜潤濕的危險(xiǎn)， 多孔疏水膜可將溫度不同的兩種料液隔開，多孔疏水膜可將溫度不同的兩種料液隔開，在膜兩側(cè)蒸汽壓差的作用下，揮發(fā)性組分在膜兩側(cè)蒸汽壓差的作用下，揮發(fā)性組分以蒸汽形式通過膜孔，從膜熱側(cè)到達(dá)冷側(cè)。以蒸汽形式通過膜孔，從膜熱側(cè)到達(dá)冷側(cè)。1986年，于羅馬給出膜蒸餾的幾層含義：年，于羅馬給出膜蒸餾的幾層含義：1. 使用的為多孔膜；使用的為多孔膜；2. 膜不能被兩側(cè)料液潤濕；膜不能被兩側(cè)料液潤濕；3. 揮發(fā)性組分以蒸汽形式通過膜；揮發(fā)性組分以蒸汽形式通過膜；4. 各組分通過膜的推動(dòng)力是該組分在膜兩側(cè)各組分通過膜的推動(dòng)力是該組分在膜兩側(cè)的蒸汽壓差；的蒸汽壓差；5. 在膜孔中不發(fā)生毛細(xì)管冷凝現(xiàn)象；

12、在膜孔中不發(fā)生毛細(xì)管冷凝現(xiàn)象；6. 膜本身不影響其兩側(cè)不同組分的汽膜本身不影響其兩側(cè)不同組分的汽-液平液平衡；衡；7. 膜至少有一側(cè)與料液直接接觸。膜至少有一側(cè)與料液直接接觸。膜蒸餾為新型的膜技術(shù)膜蒸餾為新型的膜技術(shù)始于始于 1960s年代年代主要用途：主要用途：1. 海水淡化海水淡化2. 苦咸水淡化苦咸水淡化3. 稀溶液中有價(jià)值物質(zhì)濃縮稀溶液中有價(jià)值物質(zhì)濃縮1. 100地排斥溶液中的不揮發(fā)性物質(zhì)：離子、地排斥溶液中的不揮發(fā)性物質(zhì)：離子、大分子、固體顆粒；大分子、固體顆粒；2. 操作溫度遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)蒸餾過程；操作溫度遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)蒸餾過程；3. 操作壓力比其它以壓力為推動(dòng)力的膜分離過程操作壓力比其它

13、以壓力為推動(dòng)力的膜分離過程低；低；4. 處理液與膜間的化學(xué)作用??；處理液與膜間的化學(xué)作用小；5. 對(duì)膜機(jī)械強(qiáng)度要求低；對(duì)膜機(jī)械強(qiáng)度要求低；6. 與傳統(tǒng)蒸餾過程比，操作所需汽相空間小。與傳統(tǒng)蒸餾過程比，操作所需汽相空間小。 1963年，年，Bodell首次提出膜蒸餾概念：首次提出膜蒸餾概念：“一種將一種將不可飲用含水流體轉(zhuǎn)化為可飲用水的裝置不可飲用含水流體轉(zhuǎn)化為可飲用水的裝置”，“用真空方式將滲透蒸汽從裝置中移走用真空方式將滲透蒸汽從裝置中移走”，但并，但并未給出所用膜的結(jié)構(gòu)和大??；未給出所用膜的結(jié)構(gòu)和大小； 1967年，年，Wely提出一種新過程來改進(jìn)脫鹽效率：提出一種新過程來改進(jìn)脫鹽效率：“

14、發(fā)現(xiàn)一支歌含空氣的多孔疏水膜，能在壓力系發(fā)現(xiàn)一支歌含空氣的多孔疏水膜，能在壓力系統(tǒng)中將鹽水轉(zhuǎn)變?yōu)檐浕y(tǒng)中將鹽水轉(zhuǎn)變?yōu)檐浕保霸谧钚〉耐獠磕茉谧钚〉耐獠磕芰?、最低的資金和最少的裝置占地下操作量、最低的資金和最少的裝置占地下操作”； 60年代末期，年代末期，F(xiàn)indley公布了多種膜材料進(jìn)行的公布了多種膜材料進(jìn)行的直接接觸式膜蒸餾的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和基本理論，定性直接接觸式膜蒸餾的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和基本理論，定性地確定了膜孔中存在空氣，膜的厚度、導(dǎo)熱損失地確定了膜孔中存在空氣，膜的厚度、導(dǎo)熱損失和空隙率對(duì)膜蒸餾的影響；和空隙率對(duì)膜蒸餾的影響； 1968-1975年，年，Rodger設(shè)計(jì)了多種膜蒸餾過程：設(shè)計(jì)

15、了多種膜蒸餾過程：1.多效膜蒸餾，用以分離揮發(fā)性不同的組分，多效膜蒸餾，用以分離揮發(fā)性不同的組分，2.包含料液脫氣、膜表面處理等工序在內(nèi)的完整系包含料液脫氣、膜表面處理等工序在內(nèi)的完整系統(tǒng)以脫鹽，統(tǒng)以脫鹽，3.家用飲水機(jī)；家用飲水機(jī)；80年代，高空隙率年代，高空隙率(80%)和厚度薄和厚度薄(50m)的的膜出現(xiàn)推動(dòng)了膜蒸餾的發(fā)展：膜出現(xiàn)推動(dòng)了膜蒸餾的發(fā)展：1. Gore和和Associates公司公司(美國美國)開發(fā)了卷式膜開發(fā)了卷式膜組件，傳熱效果差；組件，傳熱效果差；2. Swedish Development Co.(德國德國)采用板框采用板框式膜組件；式膜組件；3. EnKa A G公

16、司采用中空纖維膜組件對(duì)膜蒸公司采用中空纖維膜組件對(duì)膜蒸餾過程進(jìn)行理論性探索，并發(fā)表了其理論模餾過程進(jìn)行理論性探索，并發(fā)表了其理論模型和結(jié)果。型和結(jié)果。就目前來看，膜蒸餾在許多領(lǐng)域只能是一個(gè)就目前來看，膜蒸餾在許多領(lǐng)域只能是一個(gè)有競(jìng)爭(zhēng)的系統(tǒng)有競(jìng)爭(zhēng)的系統(tǒng), 還不可頂替別的技術(shù)。還不可頂替別的技術(shù)。膜蒸餾過程機(jī)理復(fù)雜性和多樣性，膜蒸餾工程膜蒸餾過程機(jī)理復(fù)雜性和多樣性，膜蒸餾工程問題多。問題多。膜蒸餾過程的理論研究?jī)?nèi)容主要包括：膜蒸餾過程的理論研究?jī)?nèi)容主要包括：1. 揮發(fā)性組分的跨膜傳質(zhì)機(jī)理；揮發(fā)性組分的跨膜傳質(zhì)機(jī)理；2. 料液或滲透液與膜表面的傳熱過程及溫度極化料液或滲透液與膜表面的傳熱過程及溫度極

17、化現(xiàn)象；現(xiàn)象；3. 各種操作條件對(duì)膜蒸餾過程的影響；各種操作條件對(duì)膜蒸餾過程的影響；4. 組件形式和結(jié)構(gòu)對(duì)膜蒸餾傳熱、傳質(zhì)過程的影組件形式和結(jié)構(gòu)對(duì)膜蒸餾傳熱、傳質(zhì)過程的影響；響；5. 系統(tǒng)熱效率、能量回收與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。系統(tǒng)熱效率、能量回收與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。1. 直接接觸膜蒸餾：直接接觸膜蒸餾：膜兩側(cè)液體直接與膜接觸，并以下游側(cè)液體作膜兩側(cè)液體直接與膜接觸，并以下游側(cè)液體作為冷凝液為冷凝液；2. 氣隙膜蒸餾：氣隙膜蒸餾：膜的一側(cè)與液體直接接觸，下游側(cè)蒸汽冷凝在膜的一側(cè)與液體直接接觸，下游側(cè)蒸汽冷凝在相對(duì)的冷凝面上，且下游側(cè)的冷凝液不與膜接相對(duì)的冷凝面上，且下游側(cè)的冷凝液不與膜接觸，該組件構(gòu)形中，冷凝作用

18、發(fā)生在組件內(nèi)部；觸，該組件構(gòu)形中，冷凝作用發(fā)生在組件內(nèi)部；3. 低壓膜蒸餾：低壓膜蒸餾：在低壓膜蒸餾在低壓膜蒸餾(減壓膜蒸餾減壓膜蒸餾)體系中，下游側(cè)采體系中，下游側(cè)采用低壓用低壓(抽空抽空)，滲透冷凝作用發(fā)生在組件外部；，滲透冷凝作用發(fā)生在組件外部；4. 吸氣膜蒸餾：吸氣膜蒸餾：下游側(cè)采用吸氣下游側(cè)采用吸氣(如氮?dú)馊绲獨(dú)?，滲透冷凝作用發(fā)生，滲透冷凝作用發(fā)生在組件外部。在組件外部。膜蒸餾過程中膜內(nèi)的汽膜蒸餾過程中膜內(nèi)的汽-液界面液界面膜蒸餾中的傳質(zhì)阻力膜蒸餾中的傳質(zhì)阻力(電學(xué)模型電學(xué)模型)膜蒸餾過程中的阻力：膜蒸餾過程中的阻力：1. 料液主體中的阻力料液主體中的阻力2. 滲透液中的阻力滲透液

19、中的阻力3. 膜表面液相邊界層的阻力膜表面液相邊界層的阻力(Surface)4. 膜內(nèi)的阻力膜內(nèi)的阻力(動(dòng)量傳遞或粘度阻力動(dòng)量傳遞或粘度阻力,Viscous)5. 膜孔內(nèi)的碰撞阻力膜孔內(nèi)的碰撞阻力(Molecular)6. 膜本身的阻力膜本身的阻力(Knudsen)膜蒸餾過程中熱量傳遞阻力膜蒸餾過程中熱量傳遞阻力膜蒸餾過程中熱量傳遞阻力：膜蒸餾過程中熱量傳遞阻力：1. 邊界層的熱量傳遞阻力邊界層的熱量傳遞阻力2. 膜內(nèi)的熱量傳遞阻力：膜內(nèi)的熱量傳遞阻力：1) 膜孔內(nèi)熱量傳遞阻力膜孔內(nèi)熱量傳遞阻力2) 膜材料的熱量傳遞阻力膜材料的熱量傳遞阻力3) 膜內(nèi)的汽化熱膜內(nèi)的汽化熱3. 滲透液內(nèi)的熱量傳遞

20、阻力滲透液內(nèi)的熱量傳遞阻力mmgThQmmsThQ 濃差極化會(huì)削弱濃度邊界層內(nèi)的傳質(zhì)推動(dòng)濃差極化會(huì)削弱濃度邊界層內(nèi)的傳質(zhì)推動(dòng)力，使膜蒸餾過程通量減少；力，使膜蒸餾過程通量減少； 若揮發(fā)性組分的蒸汽壓隨溶質(zhì)濃度的升高若揮發(fā)性組分的蒸汽壓隨溶質(zhì)濃度的升高不明顯，濃差極化對(duì)膜通量的影響可忽略；不明顯，濃差極化對(duì)膜通量的影響可忽略； 濃差極化對(duì)多孔疏水膜疏水性有破壞作用，濃差極化對(duì)多孔疏水膜疏水性有破壞作用，當(dāng)膜表面溶質(zhì)濃度高至一定程度會(huì)導(dǎo)致膜當(dāng)膜表面溶質(zhì)濃度高至一定程度會(huì)導(dǎo)致膜被潤濕。被潤濕。 膜蒸餾的跨膜傳質(zhì)是水蒸汽分子在多孔介膜蒸餾的跨膜傳質(zhì)是水蒸汽分子在多孔介質(zhì)內(nèi)的傳遞；質(zhì)內(nèi)的傳遞； 膜的存在

21、，為汽膜的存在，為汽-液相界面提供支撐，影響液相界面提供支撐，影響膜通量：膜通量：1).膜有孔隙率；膜有孔隙率；2).膜孔道彎曲；膜孔道彎曲； 膜通量膜通量=膜蒸餾系數(shù)膜蒸餾系數(shù)蒸汽壓差蒸汽壓差氣體通過多孔介質(zhì)的過程機(jī)理：氣體通過多孔介質(zhì)的過程機(jī)理：1. Knudsen擴(kuò)散擴(kuò)散2. 分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散3. Poiseuille流動(dòng)流動(dòng) 式中：K0、Kl分別為Knudsen和分子擴(kuò)散常數(shù)。 式中：B0為粘度通量系數(shù)，由孔徑、孔隙率和孔彎曲度計(jì)算。 由于溫度邊界層的存在，料液側(cè)膜表面處由于溫度邊界層的存在，料液側(cè)膜表面處溫度低于料液溫度；滲透液側(cè)膜表面溫度溫度低于料液溫度；滲透液側(cè)膜表面溫度高于滲透

22、液主體溫度，稱為溫差極化；高于滲透液主體溫度，稱為溫差極化； 溫差極化的存在使得膜兩側(cè)主體的溫差沒溫差極化的存在使得膜兩側(cè)主體的溫差沒有全部用于料液汽化，影響了膜蒸餾過程有全部用于料液汽化，影響了膜蒸餾過程的熱效率。的熱效率。 溫度極化系數(shù)： 可采用衡量膜蒸餾過程對(duì)外加推動(dòng)力的利用程度。 趨于0，膜蒸餾過程受熱邊界層內(nèi)的傳熱控制； 趨于1，膜蒸餾過程受跨膜傳熱控制，最佳膜蒸餾系統(tǒng)的=1； 大量研究表明：一般的溫差極化系數(shù)為0.40.6，溫差極化在膜蒸餾中普遍存在。溫差極化的存在導(dǎo)致：傳質(zhì)推動(dòng)力減小、溫差極化的存在導(dǎo)致：傳質(zhì)推動(dòng)力減小、通量降低；通量降低；提供溫差極化的方法：提高熱邊界層的傳提供

23、溫差極化的方法：提高熱邊界層的傳熱系數(shù)，改變組件內(nèi)流體力學(xué)狀況：熱系數(shù)，改變組件內(nèi)流體力學(xué)狀況：1. Lawson通過優(yōu)化組件設(shè)計(jì)、采用性能優(yōu)良的膜通過優(yōu)化組件設(shè)計(jì)、采用性能優(yōu)良的膜將提高到將提高到1左右；左右；2. Martinez使用特殊的支撐網(wǎng)強(qiáng)化熱邊界層傳熱使用特殊的支撐網(wǎng)強(qiáng)化熱邊界層傳熱效果，效果， 得到很大提高。得到很大提高。穿過料液側(cè)熱邊界層到達(dá)汽穿過料液側(cè)熱邊界層到達(dá)汽-液界面的熱液界面的熱流通過膜的方式：流通過膜的方式：1. 通過膜材料本身和膜氣孔的熱傳導(dǎo)；通過膜材料本身和膜氣孔的熱傳導(dǎo)；2. 伴隨傳質(zhì)而發(fā)生的汽化潛熱從料液側(cè)相界伴隨傳質(zhì)而發(fā)生的汽化潛熱從料液側(cè)相界面到達(dá)滲透

24、側(cè)相界面。面到達(dá)滲透?jìng)?cè)相界面。 跨膜熱傳導(dǎo)沒有傳質(zhì)過程，是單純的熱損跨膜熱傳導(dǎo)沒有傳質(zhì)過程，是單純的熱損失，因此，減小其傳遞速率則很重要；失，因此，減小其傳遞速率則很重要； 跨膜熱傳導(dǎo)能耗約占整個(gè)膜蒸餾過程的跨膜熱傳導(dǎo)能耗約占整個(gè)膜蒸餾過程的20-50(Fane)； 當(dāng)跨膜熱傳導(dǎo)過大是，跨膜溫差趨于當(dāng)跨膜熱傳導(dǎo)過大是，跨膜溫差趨于0，可能會(huì)，可能會(huì)出現(xiàn)反向傳質(zhì)，增加膜厚有利于減少熱損失出現(xiàn)反向傳質(zhì)，增加膜厚有利于減少熱損失(Gostoli)； 跨膜傳熱系數(shù)是膜材料的導(dǎo)熱系數(shù)和膜孔內(nèi)氣體跨膜傳熱系數(shù)是膜材料的導(dǎo)熱系數(shù)和膜孔內(nèi)氣體導(dǎo)熱系數(shù)按空隙率加權(quán)平均得到，氣體導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)按空隙率加權(quán)平均得

25、到，氣體導(dǎo)熱系數(shù)小于膜的，增加空隙率有利于減少跨膜熱損失小于膜的，增加空隙率有利于減少跨膜熱損失(Jonsson) 蒸汽穿過膜孔，導(dǎo)致對(duì)流傳熱，損失部分蒸汽穿過膜孔，導(dǎo)致對(duì)流傳熱，損失部分熱量；熱量； 這部分熱損失占總傳熱量的這部分熱損失占總傳熱量的0.6，可忽略，可忽略不計(jì)不計(jì)(Schofield) 總傳熱系數(shù)：總傳熱系數(shù)： Sieder-Tate對(duì)管內(nèi)的湍流流體的熱傳遞關(guān)聯(lián)方程為：式中，kT為熱傳導(dǎo)系數(shù)，cp熱容，G為質(zhì)量流率，、w分別為本體粘度和壁面粘度，d為管徑。適用范圍：Re6000，L/d非常大。 對(duì)于短管，L/d50： 對(duì)于平板組件，可以用下式來計(jì)算相對(duì)直對(duì)于平板組件，可以用下式來計(jì)算相對(duì)直徑：徑：式中：式中：S為潤濕面積，為潤濕面積，LP為潤濕周長(zhǎng)。為潤濕周長(zhǎng)。 對(duì)于滯流邊界層內(nèi)的熱傳遞： 膜內(nèi)的潛熱：膜內(nèi)的潛熱： 膜內(nèi)熱傳導(dǎo)的傳熱阻力： 疏水膜疏水膜 微孔膜微孔膜 平板、中空纖維、管式平板、中空纖維、管式 常用材料包括：常用材料包括：PTFE、PP、PVDFa.膜蒸餾膜蒸餾 中使用膜的參數(shù)范圍很大。中使用膜的參數(shù)范圍很大。b.膜的支