減壓膜蒸餾過程纖維膜表面熱質傳遞特征模擬分析

劉　軍，李保安*

膜蒸餾分離純化技術可以利用低品位熱源如煙道氣、廢熱、太陽能等作為原料加熱的熱源，因此與傳統的反滲透、蒸餾等分離技術相比膜蒸餾技術更具優勢［1］。在膜蒸餾過程中，疏水性的高分子聚合多孔膜并不直接參與分離，只是作為將料液和滲透液(蒸汽)分隔開的屏障，而過程的選擇性完全取決于熱料液在膜表面的汽-液相平衡關系，屬于熱分離過程。膜蒸餾主要有4種操作方式:直接接觸式(DCMD)、氣隙式(AGMD)、氣掃式(SGMD)和減壓膜蒸餾(VMD)，其中具有較高的膜通量且滲透側極化效應可以忽略的減壓膜蒸餾得到了較為廣泛的研究和應用，比如陳迅等［2］開展了VMD用于濃縮脫硫液的研究，劉學晶等［3］研究了VMD過程中的熱量回收利用，呂雙江［4］對減壓多效膜蒸餾過程進行了研究。

隨著CFD(Computational Fluid Dynamics)技術的發展和在熱量、質量傳遞方面的普遍應用，國內外不少研究者將CFD模擬與膜蒸餾過程相結合用于研究膜蒸餾過程的傳遞現象和流場分布情況等。例如，朱春英等［5］通過數值模擬研究分析了膜材料參數對中空纖維減壓膜蒸餾過程通量的影響，探討了纖維膜絲長度、厚度以及膜絲內徑、曲折因子等對膜性能的影響，對減壓膜蒸餾過程中膜的選取提供了理論參考;劉典［6］模擬分析了操作條件對膜通量的影響，結果表明進料溫度、流速以及真空度的提高有利于提高膜通量，而高的進料濃度將降低膜通量;Zhang等［7］通過CFD模擬軟件研究了中空纖維減壓膜蒸餾用于NaCl水溶液濃縮的過程，討論了纖維內腔鹽濃度的變化和跨膜傳質蒸汽的分布及變化規律，結果表明減壓膜蒸餾過程中壓力梯度和氣相分率梯度主要存在膜層中，而相變和溫度梯度主要在膜表面發生。……