喷雾蒸发—低温蒸馏集成海水淡化设备研究

发布时间：2020-09-10 20:19

　　 喷雾蒸发-低温蒸馏海水淡化技术是一种集成的海水和苦咸水淡化技术,它利用喷雾蒸发尾气为低温蒸馏提供加热蒸汽,同时喷雾蒸发可以对低温蒸馏浓盐水进行二次浓缩,以提高过程的产水量和回收率。 本文设计了以管壳式降膜蒸发器为基础的低温蒸馏设备,建立了无／有折流挡板强化冷凝的两套集成海水淡化设备,并建立了相应的数据采集系统,分别完成了集成淡化基本流程与操作参数相关性实验。研究表明,喷雾浓盐水量、加热空气流量以及蒸馏柱进料量对过程的影响规律类似：随着它们的增加蒸馏柱淡水产率呈现先增后减的趋势；随着加热空气温度和蒸馏柱真空度的提高,蒸馏柱的淡水产率增加。有折流挡板设备同无折流挡板设备的不同点在于随着加热空气流量增加,其蒸馏柱产水率增加。在本文的实验操作区间内,喷雾浓盐水量、加热空气流量以及蒸馏柱进料量均存在一个适宜的区间,对无折流板系统而言分别为0.3-0.4 kg h-1、15-20 m3 h-1与0.8-1.4kgh-1,对于有折流板系统而言分别是0.6-0.8kgh-1、20-25 m3 h-1与1.8-2.2kgh-1；同时在条件允许的情况下,宜选用较高的加热空气温度和蒸馏柱真空度,对本文试验设备而言为190-210℃和0.01MPa。试验还证明折流挡板可以有效提高集成系统性能,无折流板设备蒸馏柱淡水产率、总产水量以及造水比分别可达3.5kgh-1m-2、0.8 kg h-1及1.0；而有折流板设备蒸馏柱淡水产率、总产水量以及造水比分别可以达到4 kg h-1m-2、1.4kg h-1及1.7。 结构优化研究表明,折流挡板强化冷凝蒸馏柱的换热管适宜的长径比为100。在盐水浓度为10,000mg/L的进料条件下,喷雾尾气冷凝产水含盐量为200-350 mg/L之间,同时蒸馏柱二次蒸汽产水含盐量为30-60mg/L,与传统蒸馏法的淡化水质相当。 实验建立了倾斜管状流道,使用人工海水研究了铜管在海水中的结垢情况。研究表明,结垢需经一个诱导期后产生,同时在较高温度和较慢海水流速下铜管更易结垢；对结垢成分的研究表明,在高温情况下碳酸钙易结垢,低温时硫酸钙则为结垢的主要成分。静态结垢进一步证明了结垢存在诱导期,同时表明在结垢过程中碳酸钙首先析出。 通过对晶体结晶诱导期的检测研究了碳酸钙和硫酸钙在不同温度和流体状态下的晶体结晶动力学参数。结果表明,使用可见光-紫外光分光光度仪可以准确地测量出晶体结晶的诱导期；随着温度、过饱和度和溶液湍动程度的提高,硫酸钙结晶诱导期缩短。然而,对于碳酸钙晶体未发现溶液搅拌速率对结晶诱导期存在明显影响。针对晶体结晶参数的研究表明,硫酸钙和碳酸钙晶体成核自由能随溶液温度的增加而降低,同时并未发现两种晶体的固液界面张力与操作条件有直接联系。建立了碳酸钙和硫酸钙晶体结晶诱导期的预测函数,结果证明预测结果和实验数据吻合较好。
【学位单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：P747
【部分图文】：

F191一 2SehematieDesalinationPrineiPleofDew一 VaPorationProeess王世昌等卿〕对露点蒸发海水淡化过程进行了较全面的研究。露点蒸发技术通过热传递将冷凝与蒸发过程直接祸合，可有效提高过程的热效率。图1一2是露点蒸发淡化过程的原理[85]。(2)流通电容器淡化技术Andelman等186]提出一种被称为流通电容器淡化的新型淡化技术(也称电吸附):海水在电容器之间流过，通过对电容器充放电实现海水淡化，其基本原理如图1一3所示。

2.1.1喷雾蒸发设备实验使用天津大学北洋化学化工实验设备公司生产的喷雾蒸发实验设备，其外形如图2一1所示。设备主要由喷雾系统、空气加热流通系统和蒸发室等组成。盐水雾化使用双流体喷嘴，内管为盐水管，直径0.9~，外管为压缩气体管，直径2.smm;空气加热装置功率为Ikw，加热空气温度使用温度控制仪控制，精度为士1℃，加热空气流量范围为6一28m3h一，，蒸发室的直径为0.45m，高为 1.sm，底部设?

喷雾蒸发一低温蒸馏集成海水淡化技术研究2.1.2低温蒸馏设备蒸馏器采用管壳式结构，图2一2是建立的无折流挡板的蒸馏器结构缩略图。 )))))))万 万 }}}“一}}}}---一 {{{}一’---… …………;……… … lll }}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}{{{{{{{{{{{一{一…{一…一…… ----- ---------一一“一’---一二一卜一 一 {{{{{{{a一盐水二次蒸汽出口;b一盐水入口;c一水蒸气一不凝气体入口;d一水蒸气一不凝气体出口;e一浓盐水出口图2一2低温蒸馏器结构缩略图 F192一 2SketehofLowTemPeratureDistillateColumn本实验先后就建立了两套低温蒸馏设备，蒸馏柱I为壳程无折流挡板设备，蒸馏柱H为壳程设置有折流挡板的设备，相对应的集成设备分别为集成设备I和集成设备H。其有效换热高度、换热管数目以及有效换热面积分别是lm，6和9.42x10一“m“。前者主要用于探索集成海水淡化流程的可行性以及设备基本过程同操作参数之间的关系，后者则是在前者的基础上进行对比性实验，其特点是在高度为I000mm的壳程有效换热空间内以50~为间隔设置了18个折流挡板，圆缺型折流挡板材质为聚丙烯，厚1~

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本文编号：2816276