王超膜蒸馏(3)

化工原理实验

式中 r——膜平均孔半径，m; Θ——膜孔的曲折因子： ——膜的孔隙率； δ——膜的厚度；

pi——挥发性组分在膜两侧的蒸汽压差，Pa； M——水的摩尔质量，kg/kmol； R——通用气体常数，8.314kJ/kml K Tm——膜内平均温度，℃； Pm——膜内平均压力，Pa；

μ——挥发性组分在膜孔内的黏度，Pa s； P——膜两侧的总压差，Pa。

该方程是膜蒸馏的跨膜传质速率方程，实验中采用平均孔径为0.1μm的聚四氟乙烯（PTFE）疏水微孔膜，有效膜面积A为0.005m2,。其中膜结构参数已通过气体渗透实验测定，结果为： 另外，上式中： VMD温度极化系数：

其中tsat指真空侧压力对应的饱和温度。

由于Antoine方程的非线性，造成传质速率方程的非线性，求解时需要迭代。 对真空膜蒸馏而言，在真空度较高的情况下，跨膜导热速率可认为近似为零。

在此假定下，通过料液侧温度边界层传递的热量全部用于膜表面处水分的汽化。 3 / 9

据此，可以写出如下的传热速率方程： 式中 αf——料液侧对流传热系数，W/m K tf——料液温度，℃；

tfm——料液侧膜表面处的温度，℃； H——水的相变焓，kJ/kg。

事实上，式（6-17）是关于膜表面温度tfm的非线性方程，采用割线法迭代求解此方程，可得膜表面的温度。由式（6-17）可直接计算膜组件对流传热系数。具体试差过程如下： 1.计算平均温度（tf）;

2.给定TPC初始值TPC1=0.5，并据此生成TPC2=1, TPC1； 3.由式（6-16）求出两个tfm：tfm1和tfm2； 4.代入式（6-11）求两个N：N1和N2；

5.检验N2与N实验是否足够接近？如果“是”，则计算结束，当前的tfm2为所求，否则，进行下一步； 6. ；

7.由 求 ，进而又式（6-11）求 ；

8.令N１=N２，ＴＰＣ１＝ＴＰＣ２；Ｎ２＝Ｎ新，ＴＰＣ２＝ＴＰＣ新，返回５。

将由上述迭代过程求得的热侧膜表面温度ｔｆｍ代入式（6-17），可求得热侧对流传热系数；代入式（6-16）可求得温度极化系数。装置及控制点参数见表。