可旋转式太阳能集热器减压膜蒸馏海水淡化装置的实验研究

【摘要】：众所周知,淡水资源是人类赖以生存和发展的基础物质之一。然而,随着社会经济以及现代工业的不断发展,淡水资源的短缺已经成为世界性问题。海水淡化作为一种解决淡水资源短缺的重要手段越来越被世界各国所关注。常规的海水淡化是高能耗产业,但在当今石油资源日益枯竭的威胁下,人类不得不寻求一种绿色可持续的海水淡化发展道路。因此,结合可再生能源(如太阳能)等实现海水淡化必将成为解决淡水危机的重要研究方向。膜蒸馏技术(Membrane distillation,MD)是一种将膜技术与热蒸馏过程结合在一起的新型膜分离技术,由于MD不需要将待处理的液体加热到沸点以上,因此所需操作温度更低。将MD过程耦合太阳能集热技术,利用低品位热源作为膜蒸馏的能源驱动,是目前膜蒸馏淡化海水研究的一个新热点,有望成为一种高效廉价的海水脱盐技术。本文首先用恒温电加热水箱作为加热热源,以3.5%的NaCl溶液模拟海水,用疏水性聚丙烯(PP)中空纤维膜进行减压膜蒸馏实验,重点研究不同进料液温度、冷侧真空度、进料液流量以及进料液浓度对膜通量、截留率、淡水电导率等的影响,从而确定影响实验系统的最佳反应条件。实验结果表明,进料液温度和冷侧真空度是影响系统性能的主要因素,其最佳反应条件为:温度70℃;真空度0.095MPa;其中最大膜通量达到10.31kg/(m2·h);聚丙烯(PP)疏水膜表现出了很好的膜分离功能,截留率均大于99.9%,且淡水的电导率可达10μs/cm以下。其次,在减压膜蒸馏小试实验的基础上,设计构建了一种新型可旋转的、以太阳能集热器耦合电加热的减压膜蒸馏海水淡化系统,考察可旋转式太阳能集热装置的集热稳定性,确定其应用于膜蒸馏实验的可行性。最后,以经过预处理的真实海水在该装置下进行实验,考察了一个工作日内太阳能海水淡化装置的工作状态,并对该新型装置下的海水淡化实验过程与结论进行分析,总结运行过程中的缺陷和不足,为将来构建太阳能膜蒸馏海水淡化中试系统提供一定的参考和依据。 【关键词】：太阳能集热器 减压膜蒸馏 聚丙烯中空纤维膜 海水淡化
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P747.14
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 主要符号表9-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 选题背景10-13
• 1.1.1 水资源的匮乏现状和解决办法10-11
• 1.1.2 太阳能海水淡化的必要性11-12
• 1.1.3 膜蒸馏结合太阳能的优势12-13
• 1.2 海水淡化技术概述13-18
• 1.2.1 热法海水淡化技术13-16
• 1.2.2 膜法海水淡化技术16-17
• 1.2.3 其他海水淡化技术17-18
• 1.3 太阳能膜蒸馏海水淡化技术概述18-23
• 1.3.1 膜蒸馏的概念、分类与特点18-20
• 1.3.2 太阳能膜蒸馏海水淡化系统主要单元20-21
• 1.3.3 国内外太阳能膜蒸馏海水淡化技术发展状况21-23
• 1.4 本课题的主要研究内容23-24
• 2 减压膜蒸馏过程实验研究24-34
• 2.1 实验部分24-28
• 2.1.1 主要实验仪器与材料24-25
• 2.1.2 实验装置与运行25-26
• 2.1.3 减压膜蒸馏过程性能表征26-28
• 2.2 实验结果与讨论28-33
• 2.2.1 进料液温度对组件性能的影响28-29
• 2.2.2 进料液流量对组件性能的影响29-30
• 2.2.3 冷侧真空度对组件性能的影响30-31
• 2.2.4 进料液浓度对组件性能的影响31-33
• 2.3 本章小结33-34
• 3. 可旋转式太阳能集热器减压膜蒸馏海水淡化系统装置的构建34-46
• 3.1 我国太阳能资源分布特点与利用现状34-35
• 3.2 可旋转太阳能集热装置以及换热装置设计概述35-42
• 3.2.1 热管式真空管太阳能集热器35-37
• 3.2.2 冷凝器的设计37-41
• 3.2.3 可旋转底座装置41-42
• 3.3 可旋转太阳能集热器集热性能研究42-44
• 3.3.1 集热系统旋转和不旋转的集热效果对比42-44
• 3.3.2 可旋转式太阳能集热器的集热稳定性44
• 3.4 本章小结44-46
• 4 旋转式太阳能集热器减压膜蒸馏实际海水淡化实验研究46-57
• 4.1 海水水质分析46-48
• 4.1.1 海水水质指标及测定方法46-47
• 4.1.2 实际海水水质47-48
• 4.2 海水预处理48-50
• 4.2.1 预处理实验装置48-49
• 4.2.2 预处理后的海水水质49-50
• 4.3 实际海水太阳能膜蒸馏实验50-55
• 4.3.1 实验装置与流程50-51
• 4.3.2 实验结果与讨论51-55
• 4.4 装置运行存在的问题以及改进建议55-56
• 4.4.1 存在的问题55
• 4.4.2 改进和优化建议55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 5 结论与展望57-59
• 5.1 结论57-58
• 5.2 展望58-59
• 参考文献59-63
• 附录63-64
• 致谢64

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