可旋轉(zhuǎn)式太陽能集熱器減壓膜蒸餾海水淡化裝置的實(shí)驗(yàn)研究

【摘要】：眾所周知,淡水資源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)物質(zhì)之一。然而,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展,淡水資源的短缺已經(jīng)成為世界性問題。海水淡化作為一種解決淡水資源短缺的重要手段越來越被世界各國(guó)所關(guān)注。常規(guī)的海水淡化是高能耗產(chǎn)業(yè),但在當(dāng)今石油資源日益枯竭的威脅下,人類不得不尋求一種綠色可持續(xù)的海水淡化發(fā)展道路。因此,結(jié)合可再生能源(如太陽能)等實(shí)現(xiàn)海水淡化必將成為解決淡水危機(jī)的重要研究方向。膜蒸餾技術(shù)(Membrane distillation,MD)是一種將膜技術(shù)與熱蒸餾過程結(jié)合在一起的新型膜分離技術(shù),由于MD不需要將待處理的液體加熱到沸點(diǎn)以上,因此所需操作溫度更低。將MD過程耦合太陽能集熱技術(shù),利用低品位熱源作為膜蒸餾的能源驅(qū)動(dòng),是目前膜蒸餾淡化海水研究的一個(gè)新熱點(diǎn),有望成為一種高效廉價(jià)的海水脫鹽技術(shù)。本文首先用恒溫電加熱水箱作為加熱熱源,以3.5%的NaCl溶液模擬海水,用疏水性聚丙烯(PP)中空纖維膜進(jìn)行減壓膜蒸餾實(shí)驗(yàn),重點(diǎn)研究不同進(jìn)料液溫度、冷側(cè)真空度、進(jìn)料液流量以及進(jìn)料液濃度對(duì)膜通量、截留率、淡水電導(dǎo)率等的影響,從而確定影響實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的最佳反應(yīng)條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,進(jìn)料液溫度和冷側(cè)真空度是影響系統(tǒng)性能的主要因素,其最佳反應(yīng)條件為:溫度70℃;真空度0.095MPa;其中最大膜通量達(dá)到10.31kg/(m2·h);聚丙烯(PP)疏水膜表現(xiàn)出了很好的膜分離功能,截留率均大于99.9%,且淡水的電導(dǎo)率可達(dá)10μs/cm以下。其次,在減壓膜蒸餾小試實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)構(gòu)建了一種新型可旋轉(zhuǎn)的、以太陽能集熱器耦合電加熱的減壓膜蒸餾海水淡化系統(tǒng),考察可旋轉(zhuǎn)式太陽能集熱裝置的集熱穩(wěn)定性,確定其應(yīng)用于膜蒸餾實(shí)驗(yàn)的可行性。最后,以經(jīng)過預(yù)處理的真實(shí)海水在該裝置下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),考察了一個(gè)工作日內(nèi)太陽能海水淡化裝置的工作狀態(tài),并對(duì)該新型裝置下的海水淡化實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)論進(jìn)行分析,總結(jié)運(yùn)行過程中的缺陷和不足,為將來構(gòu)建太陽能膜蒸餾海水淡化中試系統(tǒng)提供一定的參考和依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：太陽能集熱器 減壓膜蒸餾 聚丙烯中空纖維膜 海水淡化
【學(xué)位授予單位】：武漢紡織大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P747.14
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 主要符號(hào)表9-10
• 1 緒論10-24
• 1.1 選題背景10-13
• 1.1.1 水資源的匱乏現(xiàn)狀和解決辦法10-11
• 1.1.2 太陽能海水淡化的必要性11-12
• 1.1.3 膜蒸餾結(jié)合太陽能的優(yōu)勢(shì)12-13
• 1.2 海水淡化技術(shù)概述13-18
• 1.2.1 熱法海水淡化技術(shù)13-16
• 1.2.2 膜法海水淡化技術(shù)16-17
• 1.2.3 其他海水淡化技術(shù)17-18
• 1.3 太陽能膜蒸餾海水淡化技術(shù)概述18-23
• 1.3.1 膜蒸餾的概念、分類與特點(diǎn)18-20
• 1.3.2 太陽能膜蒸餾海水淡化系統(tǒng)主要單元20-21
• 1.3.3 國(guó)內(nèi)外太陽能膜蒸餾海水淡化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r21-23
• 1.4 本課題的主要研究?jī)?nèi)容23-24
• 2 減壓膜蒸餾過程實(shí)驗(yàn)研究24-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)部分24-28
• 2.1.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器與材料24-25
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置與運(yùn)行25-26
• 2.1.3 減壓膜蒸餾過程性能表征26-28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論28-33
• 2.2.1 進(jìn)料液溫度對(duì)組件性能的影響28-29
• 2.2.2 進(jìn)料液流量對(duì)組件性能的影響29-30
• 2.2.3 冷側(cè)真空度對(duì)組件性能的影響30-31
• 2.2.4 進(jìn)料液濃度對(duì)組件性能的影響31-33
• 2.3 本章小結(jié)33-34
• 3. 可旋轉(zhuǎn)式太陽能集熱器減壓膜蒸餾海水淡化系統(tǒng)裝置的構(gòu)建34-46
• 3.1 我國(guó)太陽能資源分布特點(diǎn)與利用現(xiàn)狀34-35
• 3.2 可旋轉(zhuǎn)太陽能集熱裝置以及換熱裝置設(shè)計(jì)概述35-42
• 3.2.1 熱管式真空管太陽能集熱器35-37
• 3.2.2 冷凝器的設(shè)計(jì)37-41
• 3.2.3 可旋轉(zhuǎn)底座裝置41-42
• 3.3 可旋轉(zhuǎn)太陽能集熱器集熱性能研究42-44
• 3.3.1 集熱系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)和不旋轉(zhuǎn)的集熱效果對(duì)比42-44
• 3.3.2 可旋轉(zhuǎn)式太陽能集熱器的集熱穩(wěn)定性44
• 3.4 本章小結(jié)44-46
• 4 旋轉(zhuǎn)式太陽能集熱器減壓膜蒸餾實(shí)際海水淡化實(shí)驗(yàn)研究46-57
• 4.1 海水水質(zhì)分析46-48
• 4.1.1 海水水質(zhì)指標(biāo)及測(cè)定方法46-47
• 4.1.2 實(shí)際海水水質(zhì)47-48
• 4.2 海水預(yù)處理48-50
• 4.2.1 預(yù)處理實(shí)驗(yàn)裝置48-49
• 4.2.2 預(yù)處理后的海水水質(zhì)49-50
• 4.3 實(shí)際海水太陽能膜蒸餾實(shí)驗(yàn)50-55
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置與流程50-51
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論51-55
• 4.4 裝置運(yùn)行存在的問題以及改進(jìn)建議55-56
• 4.4.1 存在的問題55
• 4.4.2 改進(jìn)和優(yōu)化建議55-56
• 4.5 本章小結(jié)56-57
• 5 結(jié)論與展望57-59
• 5.1 結(jié)論57-58
• 5.2 展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 附錄63-64
• 致謝64

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