減壓膜蒸餾過程微觀特征的模擬研究

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1、嚷品審｜，ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳ中國第－所琴／Ｅｆ＿ＦＯＵＮＤＥＤ，ＩＮＪ８９５阻ＪＬＪＨＩＭｉ＂ｍ：記眷全日制工程碩±學(xué)位論文化學(xué)工程Ｉ＾Ｂ領(lǐng)域：－－—羞作Ｓ船奇＇、巧Ｈ＾Ｂｉｉ‘駕李保ｍ指導(dǎo)教師：安硏究員ＷＫＭＬＷ企業(yè)導(dǎo)師：張敏莉教授級高工＾；－■Ｈ：天津大學(xué)研究生５這＾＾１完ｍ叩靡２０１５年５月雪ｒ，＊凌？－＇＊＇，：刪譬誦，ＴＵＩ—ｉｉｍ＾天津大學(xué)碩士學(xué)位論文減壓膜蒸餾過程微觀特征的模擬研究Numericalsimulationofmicroscopiccharact

2、ersinvacuummembranedistillationprocess領(lǐng)域：化學(xué)工程作者姓名：劉軍指導(dǎo)教師：李保安研究員企業(yè)導(dǎo)師：張敏莉教授級高工天津大學(xué)化工學(xué)院二零一五年五月獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作和取得的，研巧成果除了文中特別加Ｗ標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研巧成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料一。與我同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：刮罕簽字日期：年ｉ月引日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)

3、位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可Ｗ將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編１＾供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部口或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論文作者簽名：１簽字日期：年月）舊簽字日期：年主月＾日摘要膜蒸餾是蒸餾過程與膜過程相結(jié)合的新型分離技術(shù)，能夠利用低品位、低熱值的廉價熱源作為過程推動力是膜蒸餾的主要優(yōu)點之一。膜蒸餾技術(shù)也是唯一可以直接分離得到結(jié)晶產(chǎn)物的膜技術(shù)。中空纖維減壓膜蒸餾同其它幾種形式的膜蒸餾（直接接觸式膜蒸餾

4、、氣隙式膜蒸餾、氣掃式膜蒸餾等）相比，具有膜通量大、操作方式靈活、膜充填密度高、能量利用效率高等優(yōu)點，在海水淡化、工業(yè)廢水處理、化工、食品醫(yī)藥等行業(yè)具有廣泛應(yīng)用，對膜蒸餾過程進行深入全面的研究和了解具有重要意義。本文采用模擬軟件FLUENT對中空纖維減壓膜蒸餾過程進行模擬研究，建立了三維模擬計算模型，編寫用戶自定義程序加載到計算過程中以模擬膜表面氣液相變的熱量轉(zhuǎn)移和質(zhì)量轉(zhuǎn)移過程，并進行了間接的實驗驗證，結(jié)果表明模擬通量值和實驗值具有很好的一致性，所建立的模擬模型能夠科學(xué)客觀的反映真實的膜蒸餾過程。在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)全面的分析了纖維膜表面微觀層面的流動參數(shù)、傳熱傳質(zhì)參數(shù)的分布規(guī)律，研究了操作條件

5、如料液流速、料液溫度和真空壓力等對熱質(zhì)傳遞參數(shù)分布的影響。研究顯示，在纖維膜表面的熱質(zhì)傳遞參數(shù)分布與膜表面的位置密切相關(guān)，中空纖維減壓膜蒸餾過程的膜通量主要來自于纖維左右兩側(cè)流速和傳熱系數(shù)較大的區(qū)域；纖維前后兩側(cè)均有較厚的邊界層存在，不利于膜表面整體熱質(zhì)傳遞速率的提高；纖維膜表面存在氣液混合現(xiàn)象，相變產(chǎn)生的蒸汽在料液流動的影響下向纖維后側(cè)遷移；料液流速能顯著影響纖維表面的溫度、蒸發(fā)速率、傳熱系數(shù)等分布情況，增大流速對強化膜蒸餾過程有較好的效果；真空壓力的提高雖然強化了膜通量，但是熱側(cè)膜表面的對流傳熱系數(shù)會降低。本論文的研究成果豐富了膜蒸餾過程的基礎(chǔ)理論，為膜蒸餾過程強化提供了理論依據(jù)。此外

6、還通過模擬模型討論了膜蒸餾膜的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)（孔隙率和曲折因子）對膜通量的綜合影響，為高效膜蒸餾用膜的研制提供了方向性參考。關(guān)鍵詞：中空纖維減壓膜蒸餾；CFD模擬計算；蒸發(fā)速率；傳熱系數(shù)；過程微觀特征ABSTRACTMembranedistillation(MD)isanemergingseparationmethodwhichcombinesdistillationprocessandmembraneprocess.ThelowgradeorlowcalorificenergysourcescanbeusedastheprocessdrivingforceisoneofMD’smainadv

7、antages.AndMDtechnologyistheonlymembraneprocesswhichcanseparateandgaincrystallizedproductsdirectly.Thehollowfibervacuummembranedistillation(VMD)technologyhasthemeritsofhighflux,flexibleoperationstyles,highpacking