闫赞扬陈东谢继红金程彭跃莲

    (1. 天津科技大学，天津 300222；2. 北京工业大学，北京 100124)

    热泵-两效直接接触式膜蒸馏装置的研制及性能测试

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    (1. 天津科技大学，天津 300222；2. 北京工业大学，北京 100124)

    热泵-两效直接接触式膜蒸馏装置具有结构简单、可在常压下实现料液的低温浓缩、能耗低等特点，在对膜蒸馏技术进行简要介绍的基础上，分析了该集成装置的构成、工作原理和工况参数，并给出了该装置的典型实测数据，即当料液进一效膜组件温度在53～73 ℃变化时，装置的造水比为0.98～1.56，热泵制热系数为3.0～3.5，膜组件的平均热效率为20.8 %～49.6 %，膜组件的平均膜通量为1.13～2.54 kg/( m2·h )，表明装置造水比和热泵制热系数均较好，对膜组件的热效率和膜通量偏低，则需要进一步对膜组件的材料和结构进行改进优化。

    膜蒸馏；直接接触式；两效；热泵

    在食品、生物、化工、制药等行业中均有多种类型的热敏性料液需要浓缩处理，传统的低温浓缩方法一般采用真空浓缩[1]，需配置专用的真空装置，对系统的密封和管理要求很高，从而投资和运行费用较高。膜蒸馏可以实现常压下低温浓缩[2-3]，其中直接接触式膜蒸馏的基本原理如图1所示。

    图1 直接接触式膜蒸馏的原理Fig. 1 Principle of direct-contact membrane distillation

    由图1可见，膜蒸馏的疏水膜具有只允许水蒸气通过的特性，料液中的水分在疏水微孔膜壁汽化后，穿过膜孔进入冷凝水侧，而料液中的不挥发溶质被截留，从而实现料液的浓缩分离[4]。膜蒸馏过程中，料液侧需要不断消耗热能使水分汽化，同时冷凝水侧又需要不断消耗冷能对透过膜孔的蒸汽进行冷凝。

    热泵是消耗少量电能可同时制取多倍热能和冷能的装置[5]，将热泵与膜蒸馏过程集成，利用热泵将冷侧蒸汽释放的潜热用来加热料液，实现热能的回收利用。所以，该集成装置具有结构简单、能耗低等优势[6] ......