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吹扫型膜蒸馏基本原理(详细内容请参见“冷热平台”微信公众号前面内容)。
设料液侧膜表面温度30℃,膜表面水蒸气压力约4243Pa,吹扫气平均温度约25℃,吹扫气中水蒸气压力约2337Pa,水蒸气扩散过程平均压力约3290Pa,吹扫气流速1m/s,膜表面当量尺寸0.3m。
膜孔质阻
取膜孔弯曲因子1.33,膜壁厚度0.15mm,膜孔内气体温度约298K,膜孔隙率0.75,膜孔半径0.1um。
膜孔努森扩散质阻约(详细内容请参见第827篇):
RK=928m2.s.Pa/g
膜孔分子扩散质阻约(详细内容请参见第827篇):
氢气吹扫型:
RMH=443m2.s.Pa/g
空气吹扫型:
RMA=1427m2.s.Pa/g
膜表面水蒸气向吹扫气中扩散质阻
运动黏度
氢气(8.8/0.084)*10-6=104.8*10-6m2/s
空气(18.4/1.2)*10-6=15.3*10-6m2/s
热导率
氢气0.171W/(m.K)
空气0.026W/(m.K)
密度
氢气0.084kg/m3
空气1.2kg/m3
比热
氢气14268J/(kg.K)
空气1005J/(kg.K)
导温系数
氢气0.171/(0.084*14268)=142.7*10-6m2/s
空气0.026/(1.2*1005)=21.56*10-6m2/s
分子扩散系数
氢气0.80*10-4m2/s
空气0.25*10-4m2/s
普朗特数
氢气104.8/142.7=0.734
空气15.3/21.56=0.710
施密特数
氢气104.8/80=1.31
空气15.3/25=0.612
雷诺数
氢气1*0.3/104.8*10-6=2863
空气1*0.3/15.3*10-6=19608
舍伍德数
氢气
0.664*28630.5*1.310.33
=0.664*53.51*1.09=38.73
空气
0.664*196080.5*0.6120.33
=0.664*140*0.849=78.92
对流传质系数
氢气38.73*0.8*10-4/0.3=0.0103m/s
空气78.92*0.25*10-4/0.3=0.00658m/s
水蒸气扩散质阻
氢气8.314*298/(18*0.0103)=13363m2.s.Pa/g
空气8.314*298/(18*0.00658)=20918m2.s.Pa/g
膜通量
氢气吹扫型
Jh=(4243-2337)/(928+443+13363)
=1906/14734=0.13 g/(m2.s)
空气吹扫型
Ja=(4243-2337)/(928+1427+20918)
=1906/23273=0.082 g/(m2.s)
综上,氢气吹扫型膜蒸馏的膜通量可比空气吹扫型显著提高;再结合多因素综合优化,提高幅度可达数倍以上。
致谢
本篇内容主要摘选自“冷热平台”专家组谢老师的项目研究报告。
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