直接接觸式膜蒸餾

膜蒸餾（英文名稱membrane distillation）利用高分子膜的多孔性、疏水性、低導熱性能而達到水純化和溶液濃縮的膜分離技術。直接接觸式膜蒸餾（direct contact membrane distillation）是以混合液中的揮發性組分在多孔疏水膜兩側的蒸汽壓差為跨膜推動力的膜分離過程。膜蒸餾技術是膜技術與常規蒸餾過程相結合的產物，作為一種新型的膜分離技術 ,於20世紀60年代中期由M.E .Findley提出，發展始於80年代。膜蒸餾具有分離效率高、操作條件溫和、對膜的機械強度要求低等優點。

膜蒸餾技術的原理

膜蒸餾過程中傳質和傳熱模型

膜蒸餾技術傳質和傳熱模型如圖所示，當多組分的熱流體流過多空膜的熱側。多孔疏水膜的作用之一是可將溫度和組成不同的兩種料液隔開，其二是在膜兩側蒸汽壓差的作用下，揮發性的輕組分以蒸汽形式通過膜孔，以擴散形式從膜熱側到達冷側，冷凝，這就是膜蒸餾的基本過程。需要指出的是所謂冷側既可以設一與膜保持一定Z距離的冷壁（即間接接觸式），也可以不設冷壁直接與冷卻水相接（直接接觸式）兩種冷卻方式。膜蒸餾技術以其能常壓低溫操作、可利用廢熱等優點，被認為能用於海水淡化、超純水的製備、非揮發性物質水溶液的濃縮和結晶、回收水溶液中的揮發性物質等方面。

直接接觸式膜蒸鎦技術的特點

1986年在羅馬召開的國際膜蒸餾研討會上，與會專家統一規範了膜蒸餾過程涉及的各種術語，定義膜蒸餾過程有如下幾層含義，對於直接接觸式膜蒸餾質量傳遞伴隨有熱量傳遞。

(1) 使用的膜是多孔的；

(2) 膜不能被膜兩側的料液潤濕；

(3) 揮發性組分在膜界面處汽化並吸熱，以蒸汽的形式通過膜孔，同時熱量也以傳導形式透過膜，蒸汽在膜冷側界面處冷凝並放熱，熱量通過熱邊界層從膜冷側表面傳遞到冷凝液主體；

(4)各種組分通過膜的推動力是該組分在膜兩側的蒸汽壓差；

(5)在膜孔中不發生毛細冷凝現象；

(6)膜本身不影響其兩側不同組分的汽—液平衡：

(7)膜至少有一側與料液直接接觸。

與傳統的分離過程相比，膜蒸餾過程具有如下獨特的優點：

(1)100%的排斥溶液中的不揮發性物質，如離子、大分子、固體顆粒；

(2)操作溫度比傳統蒸餾過程低得多；

(3)操作壓力比其它壓力驅動的膜分離過程〔如反滲透等〕低許多；

(4)處理液與膜之間的化學作用很小；

(5) 對膜的機械強度要求很低；

(6) 與傳統的蒸餾過程相比，操作時所需的汽相空間很小。

膜蒸餾技術今後的發展在以下幾個方面

(1)用於膜蒸餾的膜一般採用疏水性微孔膜，同時膜材料必須耐溫，以保證膜在熱溶液中穩定運行。幾種高分子材料，如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)等，由於其表面能很低，具有疏水性。並且這些聚合物有很好的化學穩定性和熱穩定。但用於膜蒸餾的膜成本較高。迫切需要研製出具有良好分離性能而且價格低廉的膜以適應膜蒸餾的發展。

(2)完善機理模型。機理模型是進行過程最佳化及設計計算的理論指導，有必要加以進一步完善。

(3)提高熱量利用率。膜蒸餾過程具有相變，如何減少這部分熱量損失，是值得研究的重要課題。

(4)發揮常壓低溫脫水的優勢，開展廣泛套用研究。

(5)和其他過程的結合。膜蒸餾可與其他分離等過程相結合和集成。

(6)加強對減壓膜蒸餾技術的研究。