383 膜蒸馏研究课题-能耗

383 膜蒸馏研究课题-能耗

背景

能耗、产水速率、成本费用是影响膜蒸馏技术产业化应用的关键因素。

由于膜蒸馏是基于料液中水分在膜表面汽化实现浓缩分离，水的汽化耗热量很大（约2.4MJ/kg，即0.67kWh/kg），而每kWh（3.6MJ）能量对电能约0.3～1.3元/kWh，对燃气约0.2～0.4元/kWh，因此需要把料液浓缩能耗降至0.2～0.02kWh/kg(产水)，膜蒸馏与其他竞争性技术相比才可能有竞争力。

降低膜蒸馏能耗的基本思路有两个：一是提高膜蒸馏过程的热效率，二是回收利用穿膜蒸气蕴含的热能来加热料液。

膜蒸馏过程热效率

膜蒸馏过程热效率是指料液中水分汽化消耗的热能与料液在膜蒸馏过程中消耗总热能的比率。

料液在膜蒸馏过程中消耗的总热能除料液中水分汽化消耗的热能（有效热负荷）外，还包括料液通过跨膜导热等方式损失的热能（无效热负荷）。

提高膜蒸馏过程热效率的基本思路是降低无效热负荷，提高有效热负荷。

降低无效热负荷的思路如降低跨膜温差、提高膜热阻、增加阻热环节（如气隙式膜蒸馏中的气隙等）、减少膜蒸馏组件散热损失等。

提高有效热负荷的基本思路有提高跨膜水蒸气压差、减小水蒸气跨膜质阻等。

对气扫式膜蒸馏，通过高热效率设计（参见368篇），可使膜蒸馏过程热效率在90%以上。

穿膜水蒸气热能回收

穿膜水蒸气热能回收的方法通常有两种：一是通过热回收器用穿膜水蒸气预热料液或吹扫气，二是用热泵来吸收穿膜水蒸气热能来加热料液；两种方法可以组合使用，如下图。

采用换热器或热泵回收穿膜水蒸气热能来加热料液时，换热器可布置在膜蒸馏组件外（外置型），也可布置在膜蒸馏组件内（内置型）。

用换热器回收穿膜水蒸气热能时，通常适于耐温较高的料液，相对于简单膜蒸馏过程的节能倍率可达5～10，且料液进出膜组件的温降越大、热回器面积越大、热回收器传热系数越高，则节能倍率越大。

用热泵回收穿膜水蒸气热能时，对料液温度无特别要求，节能倍率通常为5～20；料液耐温较低时，宜采用间接式热泵；料液耐温较高时，可采用穿膜水蒸气直接再压缩式，必要时可引入空气-水蒸气混合物处理单元（不凝气体分离，或微液滴调理混合气压缩过程）等。