露点蒸发海水淡化技术研究

发布时间：2020-07-24 01:03

【摘要】：露点蒸发淡化技术是一种新的海水和苦咸水淡化技术,其原理与传统蒸馏法与反渗透都不同。它是以空气为载体,通过用海水或苦咸水对其增湿和去湿来制得淡水,并通过热传递将去湿过程与增湿过程耦合,使冷凝潜热直接传递到蒸发室,为蒸发盐水提供汽化潜热,以提高过程的热效率。本文首次提出以管壳式结构为基础的露点蒸发淡化设备设计思路。建立了有效传热面积分别为9.6 m~2和2.75 m~2的两台增湿/去湿耦合的露点蒸发淡化设备。建立了相应的实验装置和计算机数据采集系统。分别成功地完成了露点蒸发淡化基本流程与参数相关性实验以及强化传热/传质淡化实验。研究表明,设备的淡水产率随增湿盐水流量和载气流量的增加而先增加后减小,随增湿盐水进口温度的升高和外加蒸汽流量的增加而增加。无折流板淡化设备的淡水产率一般为0.05~0.2 kg/m~2·h,其降膜负荷、载气质量流速以及汽气比等均存在适宜的操作范围,在实验条件下分别为0.0007~0.0020 kg/m·s、0.20~0.35 kg/m~2·s和0.015~0.075,增湿盐水进口温度则在70~90℃之间较为适宜。对比实验表明,在壳程设置高密度折流板能有效地对露点蒸发淡化过程进行传热/传质强化。强化传热设备的淡水产率在0.2~0.8 kg/m~2·h之间,为无折流板设备的4~5倍,其适宜的降膜负荷、载气质量流速以及汽气比则分别为0.0015~0.0025 kg/m·s、1.5~2.0 kg/m~2·s和0.015~0.04。本文设计的露点蒸发淡化工艺和设备的淡化水含盐量为20~30 mg/L,与传统蒸馏法的淡化水水质相当。首次综合考虑露点蒸发淡化过程中的热量平衡、质量平衡、增湿传质速率及蒸发/冷凝传热速率,建立了基础性和普遍性的传热-传质数学模型。研究了过程的传递特性,分别建立了增湿传质系数和蒸发/冷凝总传热系数的计算方法。以建立的数学模型为基础,首次通过模拟研究了露点蒸发淡化柱内温度和蒸发/冷凝总传热系数沿柱高的分布,系统考察了各参数间的复杂关系和影响,分别得出了其最优或适宜的选用条件。在一定范围内,增加换热管长度和减小换热管直径均有利于增加设备的淡水产量; 当换热管材质为高分子材料、壁厚控制在0.2 mm以内时,由于管壁热阻增加导致的设备淡水产率的下降幅度在10%以内; 当露点蒸发淡化系统采用充分的热量回收措施时,其造水比可达到6以上。基于实验和模拟研究,以一套日产吨级的装置为例,探讨了露点蒸发淡化系统的工艺设计过程并给出了设计要点。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：P747

【引证文献】