387 膜蒸馏研究课题-膜寿命

387 膜蒸馏研究课题-膜寿命

膜蒸馏具有分离效率高、可处理中高浓度料液、可常压下对热敏料液实现低温浓缩等优势，但目前还未广泛应用，膜寿命可能是制约膜蒸馏产业化的最主要原因。

影响膜寿命的因素如膜破损、膜亲水化、膜污染等。

膜破损

膜在运行过程中破损的原因可能主要有两方面，一是膜两侧压力差过大，导致局部超过膜材料耐受极限；二是气流、料液等流动使膜出现局部疲劳破损，如吹扫气垂直于膜管的流速分量会使膜管根部或其他约束处出现振荡导致断裂等。

对气扫式膜蒸馏，膜两侧压差很小，这一因素导致的膜破损可以避免；通过气流速度和流场优化，膜振荡导致的破损也可以避免。

亲水化

亲水化是指膜应用一段时间后，膜表面的疏水性下降，导致料液能以液态形式穿过膜孔的现象。

无论是膜破损还是亲水化，都是出现了料液直接穿过膜孔这一问题，对直接接触式、吸收式、气隙式三种膜蒸馏形式，这时会导致料液与冷凝水混合，造成料液损失或冷凝水污染。

对真空式膜蒸馏，由于膜组件的真空侧压力很低（通常小于0.02MPa），低压下穿膜水蒸气密度很小，水蒸气流速很大；如果由于膜破损或亲水化导致液态料液直接穿过膜孔，同时由于膜两侧压差较大（通常大于0.08MPa），穿膜后的液态料液容易产生微液滴被低压高速水蒸气带出膜组件，从而造成料液损失或冷凝水污染。

气扫式膜蒸馏可以较好地解决上述问题。由于气扫式膜蒸馏中膜两侧压差很小，出现膜破损或亲水化时不会喷溅式渗漏，而是渗漏液沿膜表面向下流动；通过优化吹扫气速度和流场，可避免吹扫气把渗漏液带出膜组件；再通过渗漏液回流设计，就可以实现即使膜出现了亲水化或微破损，膜组件仍照常工作，膜蒸馏过程也继续进行，甚至可能产水速率（或料液浓缩速率）会有所增加，从而可大幅度延长膜的工作寿命；渗漏液回流设计如下图所示。

上图中，气扫式膜蒸馏中膜的一侧为常压料液，料液侧膜受力不大，不易导致破损；膜的另一侧为常压吹扫气，对膜有干燥作用，可延缓膜的亲水化；更重要的是，即使因为膜亲水化或轻微破损导致料液渗漏至吹扫气侧，通过合理控制吹扫气速度，吹扫气也不会带走料液，而且通过在膜组件吹扫气侧下部设置渗漏液回流口，把穿膜渗漏出的料液引回料液罐，从而可避免料液的损失。

基于气扫式膜蒸馏的这一特点，当料液在浓缩过程中出现膜亲水化或轻微破损时，不必停止装置运行，也不必处理，可使膜组件在这种状态下长期运行，这样就可使膜的工作寿命超过一年甚至数年。

膜污染

膜污染是料液中的成分在膜表面的沉积或反应等现象。

膜污染除会导致膜材料性质变化、膜亲水化等问题外，还可堵塞膜孔、使料液流道变窄等。

以气扫式膜蒸馏为例，影响其产业化应用的其他问题都有可行的解决办法，但对膜污染还没有统一的应对方案，这方面的基本思路是在全面掌握料液特性的基础上，避开对膜污染的运行参数区域，对易导致膜污染的料液组分通过预处理分离，研制耐某料液污染的专用膜等。