- Phương pháp chưng cất màng (MD. - Modul chưng cất màng. - Ứng dụng và xu hướng phát triển của quá trình chưng cất màng (MD. - Mô hình lý thuyết cho quá trình chưng cất màng (MD. - Ảnh hưởng nhiệt độ dòng dịch vào đến quá trình chưng cất màng. - Ảnh hưởng nồng độ dòng dịch vào đến quá trình chưng cất màng. - Ảnh hưởng áp suất dòng dịch vào đến quá trình chưng cất màng. - Ảnh hưởng nhiệt độ dòng khí quét đến quá trình chưng cất màng. - Ảnh hưởng độ ẩm dòng khí quét đến quá trình chưng cất màng. - Ảnh hưởng vận tốc dòng khí quét đến quá trình chưng cất màng. - Tính toán, đánh giá ảnh hưởng của cơ chế chuyển chất tới quá trình màng. - Đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số quá trình đến hệ số α. - Thông số hệ thống khi khảo sát nhiệt độ dịch vào. - Thông số hệ thống khi khảo sát nhiệt độ dòng khí vào. - Thông số hệ thống khi khảo sát độ ẩm dòng khí vào. - Thông số hệ thống khi khảo sát lưu lượng dòng khí vào. - Nguyên lý quá trình chưng cất màng. - Modul chưng cất màng DCMD. - Modul chưng cất màng AGMD. - Modul chưng cất màng VMD. - Modul chưng cất màng SGMD. - Modul chưng cất màng MEMD. - Modul chưng cất màng PGMD. - Modul chưng cất màng VMEMD. - Modul chưng cất màng HFMEMD. - Modul chưng cất màng MGMD. - Hệ thống chưng cất màng SGMD. - Ảnh hưởng của nhiệt độ dịch vào đến quá trình SGMD. - Ảnh hưởng của nồng độ dịch vào đến quá trình SGMD. - Ảnh hưởng của áp suất dòng dịch vào đến quá trình SGMD. - Ảnh hưởng của nhiệt độ dòng khí quét đến quá trình SGMD. - Ảnh hưởng của độ ẩm dòng khí quét đến quá trình SGMD. - Ảnh hưởng của vận tốc dòng khí quét đến quá trình SGMD. - Ảnh hưởng của nhiệt độ dòng dịch vào đến hệ số α. - Ảnh hưởng của nhiệt độ dòng khí quét đến hệ số α. - Ảnh hưởng của độ ẩm dòng khí quét đến hệ số α. - Ảnh hưởng của vận tốc dòng khí quét đến hệ số α. - Lựa chọn mô hình lý thuyết cho quá trình chưng cất màng. - Chế tạo hệ thống chưng cất màng dòng khí quét (Sweep gas membrane distillation - SGMD) quy mô phòng thí nghiệm. - Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số quá trình như nhiệt độ, nồng độ, áp suất dòng dịch vào và nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc dòng khí quét đến lượng sản phẩm thu được. - Tính toán các thông số cho mô hình đã chọn được, từ đó đánh giá vai trò của cơ chế khuếch tán Knudsen và khuếch tán phân tử đến quá trình chuyển khối qua màng của modul SGMD đã chế tạo được. - Quá trình thẩm thấu ngược (RO) Trong công nghệ khử mặn bằng thẩm thấu ngược RO, một màng bán thấm có kích thước lỗ màng nhỏ hơn 0,001μm được sử dụng để ngăn cách dòng nước mặn và dòng nước ngọt [1, 2]. - Thông thường đối với nước biển, áp suất làm việc của quá trình RO có thể lên đến 60 atm [2, 32]. - Quá trình này được ứng dụng chủ yếu trong khử mặn nước biển, nước lợ thành nước ngọt. - Kết luận: Quá trình màng làm việc ở điều kiện nhiệt độ thường, do đó các dung dịch tham gia không có sự thay đổi về pha, đây là ưu điểm lớn so với phương pháp chưng cất. - Phương pháp chưng cất màng (MD) 1.2.1. - Nguyên lý quá trình chưng cất màng 1.2.2. - Không giống như các quá trình tách màng khác, dòng hơi đi qua màng MD có thể bị ảnh hưởng bởi hai cơ chế sau [29. - Các hệ thống tích hợp quá trình chưng cất màng MD (MD based hybrid separation processes) Phương pháp chưng cất màng MD đã được công nhận là một trong những quá trình màng được ưu tiên trong tích hợp với các hệ thống công nghệ khử muối. - Mặt khác, hiệu suất tách của quá trình MD ít bị ảnh hưởng bởi nồng độ muối cao. - Muối vô cơ trong nước muối như Ca2+ sẽ gây ảnh hưởng đáng kể trong quá trình MD. - Tích hợp màng thẩm thấu và màng chưng cất (Forward osmosis-membrane distillation - FO-MD) Các nghiên cứu đã được tiến hành để tích hợp quá trình MD với các quá trình màng khác. - Màng thẩm thấu FO đã được nghiên cứu tích hợp trước quá trình MD để tạo thành hệ tích hợp (FO-MD). - Một quá trình FO-MD điển hình được minh họa trong Hình 1.11. - Tích hợp màng chưng cất và quá trình kết tinh (Membrane distillation-crystallizer - MD-C) Như đã thấy màng MD làm tăng nồng độ muối của nước biển và với sự trợ giúp của hệ thống kết tinh (C), thì hệ thống tích hợp (MD-C) có thể là một giải pháp hữu hiệu cho khử mặn nước biển và xử lý nước thải. - Ứng dụng và xu hướng phát triển của quá trình chưng cất màng (MD) a. - Ứng dụng của quá trình chưng cất màng (MD) Ứng dụng đầu tiên cần kể đến đó là khử mặn nước biển. - Các chất dễ bay hơi hơn nước, chẳng hạn như axit dễ bay hơi và cồn, được làm giàu trong dòng thấm qua của các quá trình chưng cất màng MD. - Quá trình chưng cất màng MD đã chứng minh được khả năng thu hồi acid bay hơi. - Các quá trình chưng cất truyền thống tiêu hao rất nhiều năng lượng. - Mô hình lý thuyết cho quá trình chưng cất màng (MD) 1.3.1. - Theo động lực quá trình: [4] ,,()m m m f m pJ B P P (1.2) Jm (mass flux): Dòng khối lượng qua màng Bm: là hệ số màng đặc trưng cho tính chất màng (kích thước lỗ rỗng, độ dày, độ xốp, và tình trạng khúc khuỷu), tính chất của hơi vận chuyển qua màng (trọng lượng phân tử và khuyếch tán) và gradient nhiệt độ Pm,f: là áp suất riêng phần của hơi (nước) tại bề mặt màng bên phía dòng vào Pm,p: là áp suất riêng phần của hơi (nước) tại bề mặt màng bên phía dòng sản phẩm 26 b. - Mô hình truyền nhiệt Dòng nhiệt trong quá trình bay hơi gồm. - Đối tượng nghiên cứu Luận văn nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số quá trình như nhiệt độ, lưu lượng, nồng độ dòng vào và nhiệt độ, lưu lượng, độ ẩm của dòng khí đến hiệu suất tách nước qua màng đối với modul SGMD. - nh hưởng nhiệt độ dòng dịch vào đến quá trình chưng cất màng Hình 3.1. - Ảnh hưởng của nhiệt độ dịch vào đến quá trình SGMD Từ kết quả thấy được nhiệt độ dịch vào ảnh hưởng đến lượng sản phẩm thu được, khi nhiệt độ dòng dịch vào tăng làm tăng lượng sản phẩm thu được, do màng có nhiệt độ làm việc dưới 600C nên trong nghiên cứu này chỉ khảo sát được nhiệt độ dòng dịch vào đến 600C. - Áp suất hơi nước trên bề mặt màng phía dòng dịch vào tăng đồng nghĩa với việc lượng hơi nước được tạo ra nhiều hơn điều đó làm tăng chênh lệch áp suất hơi hai bên bề mặt màng, làm tăng động lực của quá trình SGMD do vậy lượng sản phẩm thu được tăng. - nh hưởng nồng độ dòng dịch vào đến quá trình chưng cất màng Hình 3.2. - Ảnh hưởng của nồng độ dịch vào đến quá trình SGMD Từ kết quả nghiên cứu nhận thấy nồng độ muối (NaCl) trong dịch vào có ảnh hưởng đến lượng sản phẩm thu được của quá trình SGMD. - y = -9E-06x2- 0,0006x + 0,5663R Nồng độ dòng dịch vào/Concentration [‰]Lưu lượng sản phẩm / Permeate [l/m2.h] 46 Sự tăng nồng độ muối dẫn đến lượng sản phẩm thu được của quá trình SGMD giảm có thể được giải thích là do khi nồng độ muối NaCl tăng sẽ làm giảm áp suất hơi trên bề mặt màng phía dòng dịch vào, có nghĩa là lượng hơi nước được tạo ra sẽ giảm. - Mặt khác áp suất hơi còn phụ thuộc vào nhiệt độ của dung dịch do vậy để làm tăng năng suất của quá trình, hoặc giữ năng suất quá trình không đổi khi nồng độ muối tăng thì cần tăng nhiệt độ của dòng dịch vào nhằm làm tăng lượng hơi nước bù lại lượng hơi nước giảm do ảnh hưởng của nồng độ muối tăng. - Do vậy ảnh hưởng của áp suất bên ngoài (áp suất được tao ra từ bơm dịch vào) là không rõ ràng đến năng suất quá trình SGMD. - Ảnh hưởng của áp suất dòng dịch vào đến quá trình SGMD 3.1.4. - nh hưởng nhiệt độ dòng khí quét đến quá trình chưng cất màng Đối với modul SGMD ngoài việc đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số dòng dịch vào thì việc đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố trong dòng khí quét cũng cần được khảo sát và đánh giá. - Trên Hình 3.4 là kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ dòng khí quét đến lượng sản phẩm thu được của quá trình SGMD. - Ảnh hưởng của nhiệt độ dòng khí quét đến quá trình SGMD Tuy nhiên sự ảnh hưởng của nhiệt độ dòng khí quét đến lượng sản phẩm thu được là không nhiều trong giải nhiệt độ dòng khí quét được khảo sát từ 100C đến 450C. - y = 0,5804e-0,006xR Lưu lượng sản phẩm / Permeate [l/m2.h]Nhiệt độ dòng khí quét/Inlet air temperature [ C] 49 3.1.5. - nh hưởng độ ẩm dòng khí quét đến quá trình chưng cất màng Hình 3.5. - Ảnh hưởng của độ ẩm dòng khí quét đến quá trình SGMD Từ kết quả nhiên cứu được trình bày trong Hình 3.5 nhận thấy độ ẩm dòng khí quét tăng thì lượng sản phẩm thu được giảm. - Đối với nhiệt độ dòng dịch vào tăng làm tăng chênh lệch áp suất hơi hai bên bề mặt màng làm tăng động lực quá trình thì đối với độ ẩm dòng khí quét tăng sẽ làm giảm chênh lệch áp suất hơi hai bên bề mặt màng dẫn đến động lực quá trình giảm. - nh hưởng vận tốc dòng khí quét đến quá trình chưng cất màng Hình 3.6. - Ảnh hưởng của vận tốc dòng khí quét đến quá trình SGMD Từ kết quả nghiên cứu thấy rằng vận tốc khí tăng làm tăng lượng sản phẩm thu được. - Kết luận: Từ những kết quả thực nghiệm thu được nhận thấy các thông số của quá trình đều có ảnh nhất định tới lượng sản phẩm thu được của modul màng SGMD, tuy nhiên mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố lại khác nhau, vai trò của từng yếu tố trong việc điều khiển hệ thống cũng khác nhau, trong các yếu tố ảnh hưởng đã được nghiên cứu ở trên thì nhiệt độ dòng dịch vào, nhiệt độ dòng khí quét, độ ẩm dòng khí quét, vận tốc dòng khí quét có sự ảnh hưởng rõ ràng, còn đối với áp suất dòng dịch vào và nồng độ dòng dịch vào ít ảnh hưởng tới lượng sản phẩm thu được. - Tính toán, đánh giá ảnh hưởng của cơ chế chuyển chất tới quá trình màng Từ những số liệu thực nghiệm tính toán được các thông số mô hình như trong Bảng 3.2. - 0,007 cũng rất nhỏ, có nghĩa là đối với quá trình chuyển khối qua màng của modul SGMD trong nghiên cứu này thì cơ chế chuyển khối bằng khuếch tán phân tử chiếm ưu thế hơn (99,3% sự đóng góp vào sự chuyển khối của modul). - Đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số quá trình đến hệ số α a. - Sự ảnh hưởng của nhiệt độ dòng dịch vào đến hệ số α Hình 3.7. - nh hưởng nhiệt độ dòng khí quét đến hệ số α Hình 3.10. - nh hưởng độ ẩm dòng khí quét đến hệ số α Hình 3.11. - Mặt khác độ ẩm lại ảnh hưởng trực tiếp tới áp suất hơi bề mặt màng bên phía dòng thấm qua điều đó tạo trở lực cho quá trình lưu thông hơi qua màng. - y = 0,0085x2- 0,0016x + 0,0075R αĐộ ẩm dòng khí quét. - nh hưởng vận tốc dòng khí quét đến hệ số α Hình 3.12. - Lượng sản phẩm thu được của quá trình màng khi tách nước từ nước biển với điều kiện làm việc của hệ thống như trên đạt 0,5 (l/m2.h). - Do vậy, giá trị α trong nghiên cứu này ngoài việc không phụ thuộc vào thông số của quá trình mà còn không phụ thuộc vào thành phần của dòng dịch vào. - Đã chế tạo được hệ thống chưng cất màng dòng khí quét SGMD qui mô phòng thí nghiệm. - Sử dụng modul SGMD chế tạo được để nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số nhiệt độ, nồng độ muối, lưu lượng dòng dịch vào, nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc dòng khí quét lên quá trình chưng qua màng. - Các thông số của quá trình đều có ảnh nhất định tới lượng sản phẩm thu được của modul màng SGMD, tuy nhiên mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố lại khác nhau, trong các yếu tố ảnh hưởng thì nhiệt độ dòng dịch vào, nhiệt độ dòng khí quét, độ ẩm dòng khí quét, vận tốc dòng khí quét có sự ảnh hưởng rõ ràng, sự ảnh hưởng này tuân theo những quy luật phù hợp với lý thuyết mô hình đã chọn, còn đối với áp suất dòng dịch vào và nồng độ dòng dịch vào ảnh hưởng ít tới năng suất tách nước của modul SGMD trong nghiên cứu này. - Do vậy, đối với modul SGMD trong nghiên cứu này thì quá trình chuyển khối có thể bỏ qua sự chuyển khối theo cơ chế khuếch tán Knudsen. - do đó trong trường hợp này có thể coi giá trị α không phụ thuộc vào sự thay đổi của các thông số quá trình như nhiệt độ, áp suất, nồng độ dòng dịch vào và nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc dòng khí quét, mà nó chỉ phụ thuộc vào modul màng SGMD cụ thể. - Với giá trị αtb = 0,007, nhận thấy đối với modul 63 SGMD được sử dụng cho nghiên cứu này thì quá trình chuyển khối qua màng sẽ được mô tả thông qua cơ chế khuếch tán phân tử
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt