368 气扫式膜蒸馏-高热效率设计

368 气扫式膜蒸馏-高热效率设计

背景

气扫式膜蒸馏是用空气、氮气等吹扫气把料液中水分汽化排出的水蒸气带走，基于中空纤维膜元件的管壳型膜组件如下图。

 图中料液在膜管内自上而下流动，吹扫气在膜管外自下而上流动；吹扫气在膜管外流动过程中不但吸收穿膜出来的水蒸气，而且也通过膜壁从料液中吸热，造成料液热能的损失，尤其当处理热敏料液时，吹扫气吸收的无效热能可能占料液膜蒸馏过程消耗总热能的40%以上，从而使膜蒸馏过程中热效率低于60%（料液在膜蒸馏过程中消耗的热能分两部分，一部分用于料液中水分在膜表面汽化，称为有效热能；另一部分直接穿过膜壁被吹扫气吸收而非用于水分汽化，称为无效热能；有效热能占料液在膜蒸馏过程中消耗总热能的比率称为膜蒸馏过程的热效率，热效率与造水比或节能倍率成正比）。

高热效率设计

高热效率气扫式膜蒸馏装置的设计如下图。

高效率设计的基本思路是利用适宜方式（如上图中用预热器）回收出膜组件吹扫气蕴含的热能来加热进入膜组件的吹扫气的温度，从而使进膜组件吹扫气的温度接近其出膜组件的温度，从而大幅度降低吹扫气从料液中的吸热量，可使膜蒸馏过程的热效率达95%以上。

上图中压缩机、加热器、节流阀、冷却器构成热泵，利用热泵从出预热器的吹扫气中吸热，制取高温热能来加热进膜组件的料液，从而使膜蒸馏装置具有较高的造水比或节能倍率。

上图中装置的造水比或节能倍率约等于膜组件热效率与热泵制热系数的乘积；取膜组件热效率90%，热泵制热系数7.0时，装置的造水比或节能倍率约为0.9*7=6.3，即料液浓缩能耗与六效蒸发相近。