828 氢气吹扫型膜蒸馏-膜通量

lengrepingtai（冷热平台）

lengrekeji（冷热科技）

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）：

R_K=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：

R_MH=443m².s.Pa/g

空气吹扫型：

R_MA=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*2863^0.5*1.31^0.33

=0.664*53.51*1.09=38.73

空气

0.664*19608^0.5*0.612^0.33

=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

J_h=(4243-2337)/(928+443+13363)

=1906/14734=0.13 g/(m².s)

空气吹扫型

J_a=(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。