膜蒸馏技术是一项将蒸馏与膜分离技术相结合的新技术,它具有可在常压下操作、设备简单、适合处理热敏性料液等优点。膜蒸馏技术已广泛用于浓缩、提纯、分离、海水淡化等领域。本文针对膜蒸馏过程中既需要热源又需要冷源、且两者需独立供应的特点,以直接接触式膜蒸馏为基础,设计了热泵膜蒸馏系统方案。首先,本文分别对多效膜蒸馏、太阳能膜蒸馏、热泵膜蒸馏,进行了原理分析和特点介绍。以直接接触式膜蒸馏为基础,分别构建了多效膜蒸馏、太阳能膜蒸馏和热泵膜蒸馏三种方案,并对这三种方案在典型工况下进行综合经济性分析。结果表明,多效膜蒸馏的膜年费用较高,太阳能膜蒸馏的设备初投资较高,而热泵膜蒸馏的初投资和年运行费用均较低,且适合处理温度低的热敏性料液。其次,对热泵膜蒸馏系统进行了特性分析。分别对膜蒸馏子系统和热泵子系统进行了描述；在理论基础上,利用Visual Basic语言编制模拟计算界面,并给出使用方法；分别以料液温度、料液流量、料液与渗透液温差为变量,绘制热泵膜蒸馏性能随这三个变量的性能变化曲线。最后,设计了热泵膜蒸馏实验方案。实验采用聚偏氟乙烯中空纤维膜组件,以自来水为料液,从自来水中提取纯净水。分别对膜蒸馏子系统、热泵子系统和热泵膜蒸馏系统进行了实验,实验方法为控制单一变量,测试其对三个系统性能的影响,评价标准包括膜通量、热效率、热泵制热量、热泵制热系数及造水比。结果表明,实验结果同软件模拟状况下趋势基本一致。实验同时表明,热泵技术用于膜蒸馏中,降低了膜蒸馏的能耗。