膜蒸馏(MD)是一种新兴的分离技术，可实现传统上采用单纯蒸馏或者反渗透等常规分离工艺加以完成的分离过程。自20世纪60年代末出现以来，膜蒸馏于20世纪80年代初随着膜工程技术的成长而发展，目前据称已成为一种低成本、高效益的分离工艺，可利用低位余热以及（或者）太阳能和地热等替代能源。作为一种颇具吸引力的分离工艺，膜蒸馏已成为全球诸多实验和理论人士的学术研究课题。文献调查结果显示，膜蒸馏分析与研究成果的发表量，仅在过去的五年中就达到了150多项。膜蒸馏原本是针对咸水淡化和水处理而发明的。但从文献调查结果中可以看到，除这两个领域之外，目前从实验中发现膜蒸馏在其它许多领域也具有可行性和高效性。这些领域包括：食品加工业，血液脱水及蛋白质溶液处理等生物医学应用，酒精水溶液等水的共沸混合物的分离，放射性溶液的浓缩以及核脱盐应用，以降低有害废料的环境排放量为目的的污水处理（尤其是受到染料污染的纺织污水的处理），冷却剂（乙二醇）水溶液的浓缩，以及腐殖酸溶液的处理等等。此外，由于采用的膜具备化学稳定性，因此膜蒸馏在硫酸、盐酸和硝酸等酸液的浓缩方面也得到了成功应用。不过，与反渗透等以压差为推动力的工艺相比，膜蒸馏的一个优点就是能够处理非挥发性溶质浓度极高的水溶液进料。由于膜蒸馏具有这种优良品质，因此在高纯晶形的成形与生产中，在工作条件不宜采取其它传统技术进行结晶时，膜蒸馏概念取得了成功运用。面对所有这些成果，我们仍然需要回答一个问题：“为什么膜蒸馏工艺尚未取得大规模的工业推广?”　　 本研究试图针对这一问题找到合理的答案，同时建立起一个框架来更好地理解膜蒸馏工艺。建立起这个框架后，本项目的实验部分将基于从框架中得到的信息，处理一些研究尚不充分的以及现有信息不尽一致的领域。此后将采用VMD（真空膜蒸馏）模块来测试膜蒸馏是否适合进行氨水脱氨，并以此来揭示并拓展膜蒸馏在新领域中的适用性。最后强调指出，需要通过持续开展研究工作，优化那些可进一步增强膜蒸馏的适用性的条件和参数。我们通过两种手段来达到上述日的：理论手段和实验手段。在理论方面，我们搜集了160多篇膜蒸馏参考文献，并引用了这些文献的成果。与评述性研究的通常做法不同，我们除在当前研究中引用膜蒸馏参考文献外，还按照它们在膜蒸馏发展方面最重要的促进作用，以表格的形式予以归类。这些表格涵盖了膜蒸馏工艺最重要的方面，同时具有布局简单，便于读者直观地理解不同的因素与运行参数对各种膜蒸馏配置的生产能力的影响。基于对膜蒸馏工艺得到的认识以及搜集到的信息，本研究引入了一个框架来促进人们对膜蒸馏工艺的理解。通过这个框架，我们试图强调指出膜蒸馏中各个远未得到充分了解的方面。同时这个框架还作为一个初步的指引，揭示了我们需要采取何种次序来分步开展工作，以此来满足膜蒸馏在工业化应用方面的要求，并强调指出了膜蒸馏中研究得较多以及很少涉足的领域。此外我们还基于自身从经验中得到的知识以及从膜蒸馏文献中汇集到的信息，进行了一些颇有价值的技术探讨.　　 除建立上述理论手段外，本研究还采用了一些实验性实例分析（实验手段）。这些实例分析在一定程度上对膜蒸馏工艺中不同的领域和方面进行了考察。实验第一部分的主要目标就是对传热和传质进行系统化分析，同时明确真空膜蒸馏中的速率控制步骤。为此，我们采用三片平均孔径各异的聚四氟乙烯(PTFE)多孔平板膜进行了大量的实验。由于真空膜蒸馏属于膜蒸馏配置中研究最少的一种，因此本项工作以VMD为主题。通过对得到的实验结果进行分析表明，在Nu=aRebPrc这个通式经验方程中，特征常数a、b、c在取值方面受进液温度的影响轻微，而受膜通量的影响显著。这表明了传质与传热之间存在相互影响，这样那些针对刚性无孔换热面得出的经验关系，在推广运用到膜蒸馏中的传热常数估计时，其效果就值得怀疑。　　 在有关真空膜蒸馏的文献中，通常都会忽略质量转移过程中泊肃叶(Poiseuille)流项的作用。但在本研究中，膜表面温度49.1℃、对应水蒸气压11.8kPa左右时，我们发现这种作用可高达10.3％。此外还发现泊肃叶流项的作用是膜孔尺寸及温度的函数。随着进液温度和膜孔尺寸的增大，这种作用似乎也随之增大。进液流速可最大限度减小温度极化效应，从而具备膜表面升温效应，这样就有利于提高这种作用。　　 另一方面我们发现，在使用纯水时，所用真空膜蒸馏模块中的速率控制步骤位于进液侧，且主要由进液到膜孔入口的传热所支配，尤其是在进液温度较高时更是如此。我们发现，随着膜孔尺寸的减小，以及进液流速的提高，膜对质量转移的阻力成分也会增大。　　 实验还有一个目的，这就是找到新的、可能的膜蒸馏应用领域。这有助于把膜蒸馏进一步推广到此前未经试验的新领域。为此，本研究考察了真空膜蒸馏在氨水脱氨方面的适用性。氨/氮在大气和污水排放中的过量存在，为全球污染问题推波助澜。传统脱氨方法通常会导致副产品排放，而这些排放的副产品本身就属于污染物，需要进一步的处理过程来消除或者降低它们对环境的影响。这样就需要另外采取一种副产品较少并且简单、经济可行的脱氨技术。本研究目的在于考察膜蒸馏在氨水脱氨方面的适用性。我们发现，膜蒸馏有助于减轻氨/氮成份在环境中过量存在这个总是让全球各地的政府和非政府组织头疼的问题。　　 第三点，我们试图通过实验来表明，要想更好地理解膜蒸馏概念，需要对运行条件和添加剂（如果需要的话）进行优化，以确保膜蒸馏相对于其它传统分离工艺的生命力和优越性。为此考虑了膜结晶（或者膜蒸馏结晶，MDC）问题。一方面以膜结晶作为本项工作中一种理想的实例分析，据此揭示膜蒸馏理念一些值得关注的拓展，另一方面通过膜结晶来表明：条件优化可进一步增强膜蒸馏的适用性。在这个实例分析中，采用空心纤维微孔疏水膜，对膜结晶中的溶菌酶静态结晶进行了系统化的分析。结晶过程中大量采用了类型、浓度各不相同的沉淀剂和添加剂，以此来选择类型最适宜的沉淀剂和添加剂，并找到相应的沉淀剂和添加剂浓度，从而得到最佳晶形。从这一工作中得到的结果，进一步证明了膜结晶技术在大分子结晶中具有优势。