微波加热强化闪蒸过程的理论及应用研究

发布时间：2020-10-30 14:46

　　 蒸发是化工、冶金、能源、水处理等行业的基本流程单元之一。闪蒸是蒸发工艺中的特殊流程单元,常与多效多级蒸发联用。闪蒸产生的高温乏汽常常作为次级的加热热源使用,这种方式在充分利用能量的同时,可降低设备的投资成本及流程的运行成本。但该方式同时存在设备冗长、结构复杂、易结垢等问题。由于闪蒸在低压真空环境下发生,热对流和热传递等方式都无法实时地、快速地使得液体受热。因此,选择一种非接触的加热方式对闪蒸的热量损失进行实时原位补充,对提高闪蒸的蒸发效果具有一定现实意义。结合微波加热所具有的体加热、加热速度快,加热均匀、非接触等特点,且介质对微波的吸收在表面及内部同时进行。在闪蒸的工况背景下,利用微波对闪蒸腔中的液体进行加热,以期达到提高蒸发效果、缩减工艺流程,简化设备构成,节约投资成本的目的。在本文工作中,自行设计开发了微波闪蒸试验系统,试验系统由微波发生系统、微波导入系统、闪蒸系统、冷凝系统、数据测量系统、控制系统、真空系统及连接管道组合形成。采用水作为工质在微波功率0.81kW-1.35kW、液体流量10L/h-40L/h、液体进口温度40℃-60℃、系统真空度0.075MPa的条件下开展了试验研究,试验结果表明,对于微波闪蒸系统,在优化条件微波功率1.35k W、液体流量40L/h、真空度0.075MPa下,微波及常规两种工况的对比试验微波工况下的蒸发冷凝水量为常规工况的两倍,单级微波闪蒸可实现对常规闪蒸两级的替代。对闪蒸腔体温度、压力进行实时对比研究,结果发现,微波工况下的闪蒸腔体温度、压力均高于常规工况。采用非量纲特征数不平衡常数(NEF)、雅克布数(Ja)、GOR等对闪蒸过程进行表征分析,证明了微波工况下的热变化比常规工况下更加剧烈。同时,根据能量平衡原理及质量平衡原理,建立了微波闪蒸过程的热平衡方程,以方程和实验数据为基础,计算了微波闪蒸过程在不同试验条件下的热效率,在最优条件下,系统的电热转化效率为76.66%。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ028.61
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 化工蒸发的类别及面临的问题
    1.2 闪蒸过程的研究现状
        1.2.1 液膜闪蒸过程的研究
        1.2.2 喷雾闪蒸过程的研究
    1.3 微波加热及微波加热液体、液滴
        1.3.1 微波加热原理
        1.3.2 微波加热液体、液滴的研究
    1.4 本文的研究意义及内容
第二章 微波闪蒸的理论分析及过程表征
    2.1 闪蒸的理论分析及表征
        2.1.1 基本假设与理论模型
        2.1.2 闪蒸的过程表征
    2.2 微波闪蒸腔中的传热过程及其热损失
        2.2.1 微波谐振腔及其基本参数
        2.2.2 闪蒸腔中的热传递分析
        2.2.3 闪蒸腔中的传热过程简析
        2.2.4 闪蒸腔中的热损失分析
    2.3 本章小结
第三章 试验系统与试验设计
    3.1 微波闪蒸试验系统的设计要求
        3.1.1 微波谐振腔的设计要求
        3.1.2 闪蒸系统的设计特点
    3.2 微波闪蒸试验系统
        3.2.1 系统组成
        3.2.2 闪蒸腔的内部布置结构
        3.2.3 微波闪蒸试验系统的结构分布
    3.3 微波闪蒸试验系统的仪器仪表
    3.4 试验设计及步骤
        3.4.1 试验设计
        3.4.2 试验步骤
    3.5 本章小结
第四章 微波闪蒸的工艺研究
    4.1 闪蒸腔内部布置结构及系统冷凝方式的影响
        4.1.1 不同闪蒸腔内部布置结构的蒸发效果
        4.1.2 不同闪蒸腔内部布置结构的腔体温度
        4.1.3 不同冷凝方式的蒸发效果
        4.1.4 不同冷凝方式的腔体平均温度
    4.2 微波闪蒸系统的蒸发效果
        4.2.1 微波工况的蒸发效果
        4.2.2 常规工况的蒸发效果
        4.2.3 在不同工况条件下不同原液初始温度的蒸发效果
        4.2.4 在不同工况条件下不同液体流量的蒸发效果
        4.2.5 不同工况下的蒸发效果随闪蒸时间的变化
    4.3 闪蒸过程中的温度变化规律
        4.3.1 闪蒸系统内部的传质过程描述
        4.3.2 常规工况的闪蒸腔温度分布
        4.3.3 微波工况的闪蒸腔温度分布
        4.3.4 不同试验条件和不同工况的闪蒸腔实时蒸汽温度
        4.3.5 闪蒸腔液体进出口温差研究
    4.4 微波闪蒸系统内部的压力变化研究
        4.4.1 常规工况的闪蒸腔压力变化
        4.4.2 微波工况的闪蒸腔压力变化
        4.4.3 不同工况的闪蒸腔压差研究
    4.5 本章小结
第五章 微波闪蒸过程的热动力特征及热效率研究
    5.1 微波闪蒸过程的热转化规律
        5.1.1 微波工况与常规工况的NEF值对比
        5.1.2 微波工况下NEF随液体流量的变化
        5.1.3 NEF变化与腔体内部热环境的关系
    5.2 微波闪蒸过程的显热潜热转化规律
        5.2.1 常规工况的Ja数的变化规律
        5.2.2 微波工况的Ja数的变化规律
    5.3 微波闪蒸过程的热动力探讨
    5.4 微波闪蒸过程的热效率
        5.4.1 微波闪蒸过程的热效率表征研究
        5.4.2 微波闪蒸系统的热效率数值研究
        5.4.3 微波闪蒸系统热效率计算的参考数据
        5.4.4 微波闪蒸系统的热效率及变化规律
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录A 硕士期间的科研成果及参与项目

【参考文献】

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本文编号：2862625