四种膜蒸馏通量与热效率计算示例
四种膜蒸馏通量与热效率计算示例 四种膜蒸馏是指直接接触式（DCMD）、真空式（VMD）、气隙式（AGMD）、气扫式（SGMD）。
膜蒸馏的膜通量是指单位时间内单位膜面积透过的水蒸气质量（此处以料液中透膜组分为水蒸气，实际料液中也可能为其他组分）。
热效率（即造水比）是指膜蒸馏过程中料液中水分汽化所消耗的热能与料液加热消耗的热能之比。
●直接接触式膜蒸馏
过程示意如下：
基本方程为：
●真空式膜蒸馏
过程示意如下：
基本方程为：
●气隙式膜蒸馏
过程示意如下：
基本方程为：
●气扫式膜蒸馏
过程示意如下：
基本方程为：
●计算示例
取膜孔半径为0.1μm，膜壁厚度为0.15mm，膜孔隙率为0.75，弯曲因子为1.33，真空式膜蒸馏中膜与冷壁间隙为1.5mm，气隙式膜蒸馏中气隙宽度1.5mm，气扫式膜蒸馏中对流换热系数30W/（m2.K），传质系数0.033m/s，膜热侧表面温度80℃，冷侧表面温度75℃（冷热侧平均温度为77.5℃=77.5+273K=350.5K，该温度下水的汽化潜热为2318J/g），80℃时水蒸气压力为47273Pa，75℃时水蒸气压力为38473Pa，水蒸气平均压力为42873Pa，总压力为101325Pa；取膜壁材料热导率为0.25W/（m.K），近似取膜内气体热导率为0.025 W/（m.K），动力黏度为17×10-6Pa.s，比容为1.2m3/kg。
基于上述数据，则对直接接触式膜蒸馏，有：
RK=1.33×0.15×10-3×(2×3.14×0.018×8.314×350.5)0.5/(48×0.75×0.1×10-6)
=1006 m2.s.Pa/g
DWA=(9.218×10-4/101325)×(350.52.5/(350.5+245))
=0.351×10-4 m2/s
RM=1.33×0.15×10-3×8.314×350.5×(101325 - 42873)/(18×0.75×0.351×10-4×101325)
=708 m2.s.Pa/g
JDCMD=(47273 - 38473)/(1006 + 708)
=8800/1714=5.13g/(m2.s)
qDCMD1=5.13×2318=11891W/m2
kMB=0.75×0.025+(1 - 0.75)×0.25
=0.08125 W/(m.K)
qDCMD2=0.08125×(80 - 75)/(0.15×10-3)=2708 W/m2
GORDCMD=11891/(11891+ 2708)=0.81
对真空式膜蒸馏，有：
RP=0.15×10-3×1.33×17×10-6×1.2/(125×0.75×(0.1×10-6)2)
=4341 m2.s.Pa/g
JVMD=(47273 - 38473)/(1006 + 708) + (47273 - 38473)/4341
=8800/1714 +8800/4341
=5.13+2.03=7.16 g/(m2.s)
qVMD1=7.16×2318=16597W/m2
qVMD2=0.0225×(80 - 75)/(1.5×10-3)=75 W/m2
GORVMD=16597/(16597+ 75)=0.996
（上式中0.0225为75℃水蒸气的热导率）
对气隙式膜蒸馏，有：
RAG=1.5×10-3×8.314×350.5×(101325 - 42873)/(18×0.351×10-4×101325)
=3991m2.s.Pa/g
JAGMD=(47273 - 38473)/(1006 + 708 +3991)
=8800/5705=1.54 g/(m2.s)
qAGMD1=1.54×2318=3570W/m2
qAGMD2=0.025×(80 - 75)/(1.5×10-3)
=83 W/m2
（上式中忽略了膜壁的导热热阻，考虑该热阻应为qAGMD2=(tH-tL)/(Hag/kv+Hmb/kmb)）
GORAGMD=3570/(3570+ 83)=0.98
对气扫式膜蒸馏，有：
RSG=8.314×350.5/(18×0.033)
=4906m2.s.Pa/g
JSGMD=(47273 - 38473)/(1006 + 708 +4906)
=8800/6620=1.33 g/(m2.s)
qSGMD1=1.33×2318=3083W/m2
qSGMD2=30×(80 - 75) =150 W/m2
GORSGMD=3083/(3083+ 150)=0.95
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