王超膜蒸馏(2)

化工原理实验

一般认为跨膜通量与膜两表面处的蒸汽压差成正比：

其中C称为膜蒸馏系数，它随着温度的升高略有升高。Pfm和Ppm分别为热侧和冷侧膜表面处

的蒸汽压，其值可根据该处的温度用安托万方程计算。流体流过固体表面时，如果两者的温度不同，会在流体主体与固体表面之间形成温度边界层。DCMD过程中同样存在这种现象，即热侧膜表面处流体温度低于热侧主体温度、冷侧膜表面处流体温度高于冷侧主体温度，这种现象称为“温度极化”。显然，温度极化现象的存在使膜两侧的实际蒸汽压低于按主体温度计算的蒸汽压差，这种现象越严重，则跨膜传质的推动力越小，传质速率越低。温度极化现象的严重程度用温度极化系数（TPC）的大小衡量，其定义式如下：

其中tfm和tpm分别为流体在热侧和冷侧膜表面的温度，而tf和tp分别为两种流体主体的温度。因此TPC的物料意义可以理解为：量流体的温差中被直接用于作为膜蒸馏传质推动力的那一部分。

由TPC的定义式可以看出，欲计算TPC需要先求出tfm和tpm。可以导出定态时DCMD的膜表面温度计算式如下：

式中 ——热侧流体的相变焓； ——膜的厚度；

——膜的混合热导率，即膜材料与空气的平均热导率，本装置km/δ之值取

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1100W/m2 ℃;

、 ——分别为膜两侧对流传热系数，本实验中其值采用如下经验关联式（以热侧计算为例）。

热侧流速计算：

膜组件流道当量直径的计算：

本装置膜组件流道高度为a=0.002m，膜组件流道宽度为b=0.06m。 热侧雷诺数： 热侧普朗特数： 热侧努赛尔数： 热侧对流传热系数：

冷侧流速的计算（方法与热侧相同） （2）真空膜蒸馏的实验原理

真空膜的工作原理如图所示。VMD中，在料液（热侧）一侧发生的物理过程与DCMD过程类似，水在热侧膜表面处也能表现出较高的蒸汽压；在冷侧，不像DCMD那样采用低温液体的循环将跨膜蒸汽冷凝，而是利用真空设备在该侧建立一定的真空度，透过膜的蒸汽被真空泵抽到冷凝器中冷凝。由于膜冷侧压力很低，VMD可以获得较大的跨膜通量。

真空膜蒸馏跨膜传质通量可以用如下的方程描述：