MVR降膜蒸发器的数值模拟及节能分析

发布时间：2017-09-30 17:16

  本文关键词：MVR降膜蒸发器的数值模拟及节能分析

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【摘要】：蒸发浓缩工艺在化工、冶金、医药、海水淡化、废水处理、制药、食品等工业生产领域应用广泛。然而蒸发浓缩过程能源消耗很大,随着能源价格的上涨,蒸发浓缩过程的节能降耗工作就显得非常重要。MVR技术节能潜力巨大,也将逐步代替传统的多效蒸发技术、TVR蒸发技术。将成为蒸发浓缩技术发展的方向。本课题针对MVR降膜蒸发器的流动特性及传热特性进行了理论分析和数值模拟。研究工作利用传热学及流体力学基本理论,建立了适用于竖管内降膜蒸发过程的两种传热模型,两种模型分别为液膜受单纯重力作用的模型(模型Ⅰ)和液膜受重力与二次蒸汽剪切力共同作用的模型(模型Ⅱ)。在对计算模型进行合理简化的基础上,通过对控制方程的离散化以及合理的数值求解方法,利用VB语言开发了用于计算蒸发器降膜蒸发管流动状态、传热特性的应用软件。并采用经典案例的相关数据验证了软件输出结果的合理性。利用所开发的软件定量分析了液膜厚度、传热系数等参数沿蒸发管流动方向的变化规律,比较了两种模型对计算结果的影响。结果表明,模型Ⅱ较模型Ⅰ的计算结果更符合实际。进一步定量分析了降膜蒸发管的计算分段数对计算结果的影响。结果表明,计算分段数越多计算精度越高,但分段数大于5~6段时,计算结果已变化不大。将所开发的软件在实际工程中进行了应用(以10 t/h稀碱液的降膜蒸发工程为例),表明软件的开发是成功的。针对目前MVR系统的缺陷,提出了一种新型流程和工艺,并定性分析了新工艺的优越性。最后,提出了所开发计算软件中存在的不足及改进建议。
【关键词】：MVR技术 降膜蒸发器 数值模拟 液膜流动特性
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124;O35
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-24
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.1.1 课题背景9
• 1.1.2 课题研究意义9-10
• 1.2 蒸发浓缩技术10-14
• 1.2.1 工业上常用的的蒸发技术11-14
• 1.3 MVR降膜蒸发技术的原理及其优势14-17
• 1.3.1 MVR降膜蒸发技术的原理14-16
• 1.3.2 MVR蒸发技术的优势16-17
• 1.4 国内外研究现状17-22
• 1.4.1 国外研究现状18-21
• 1.4.2 国内研究现状21-22
• 1.5 论文的主要研究内容及创新点22-23
• 1.5.1 工程设计中的关键问题22
• 1.5.2 论文的主要研究内容22-23
• 1.5.3 论文的创新点23
• 1.6 本章小结23-24
• 第二章 MVR竖管内降膜蒸发传热性能的数值模拟24-41
• 2.1 降膜蒸发器的原理24-25
• 2.2 影响降膜蒸发传热性能的因素25-27
• 2.2.1 进料状况的选择26
• 2.2.2 物料最小成膜流量的选择26-27
• 2.2.3 蒸发管长径比的选择27
• 2.3 物理模型的建立27-28
• 2.4 竖管内降膜过程的平衡方程28-29
• 2.5 仅考虑重力作用的计算模型29-33
• 2.5.1 模型Ⅰ的控制方程及边界条件29-30
• 2.5.2 液膜流速及厚度的求解30-32
• 2.5.3 综合传热系数的求解32-33
• 2.6 重力与二次蒸汽剪切力共同作用的计算模型33-38
• 2.6.1 模型Ⅱ的控制方程及边界条件33-34
• 2.6.2 液膜流速及厚度的求解34-35
• 2.6.3 液膜的传热特性分析35-37
• 2.6.4 控制方程离散化37-38
• 2.7 竖管内降膜蒸发器模拟软件的开发38-40
• 2.8 本章小结40-41
• 第三章 软件的合理性验证及结果分析41-58
• 3.1 软件的合理性验证41-44
• 3.1.1 实际工程案例的基本参数41-42
• 3.1.2 案例结果与软件计算结果的对比分析42-44
• 3.3 软件的使用方法及计算结果分析44-57
• 3.3.1 工程项目的设计条件44-45
• 3.3.2 系统计算模型及蒸发管计算分段数的确定45-49
• 3.3.3 系统循环程数的确定49-50
• 3.3.4 影响MVR降膜蒸发过程液膜厚度的因素50-53
• 3.3.5 影响MVR降膜蒸发过程传热系数的因素53-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第四章 软件的工程应用及MVR系统的改进思路58-63
• 4.1 软件的工程应用58-60
• 4.1.1 设备的主要技术参数58-59
• 4.1.2 软件输出结果59-60
• 4.2 MVR系统的改进思路60-62
• 4.2.1 MVR蒸发系统在设计上存在的缺点60
• 4.2.2 MVR系统的改进思路60-62
• 4.3 本章小结62-63
• 第五章 结论与展望63-65
• 5.1 结论63-64
• 5.2 展望64-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文69

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本文编号：949442