光辐射表面挥发海水及苦咸水淡化法实验研究

发布时间：2020-09-19 17:40

　　水资源紧缺、水土流失严重和水环境恶化已成为制约人类社会发展的主要因素,作为基础性自然资源的水,早已成了公共性的社会资源和战略性经济资源,而且具有全球性。作为21世纪一项新兴高新技术产业,海水及苦咸水的淡化是一个保护资源、创造资源的有效方法。无论是缓解缺水问题,还是发展高新技术,都会有很好的经济效益和社会效益本论文主要关注海水及苦咸水淡化的原理及技术问题,提出一种新的海水及苦咸水淡化方法思路,以图解决现行淡化技术应用中的突出问题,即高能耗、运行容器设备腐蚀,以及膜法分离中的膜造价高且使用期有限等。这些问题的存在限制了海水及苦咸水淡化在我国的应用和推广。本文依据光辐射表面挥发海水淡化思路,通过实验研究,考察了光辐射表面挥发的基本性质,光源及辐射波长,物质结构等因素;研究了模拟实验装置淡化效率,研究结果表明,促使液面水分子挥发的光辐射能量应处于红外段并具有特定的波长,阻碍水分子表面挥发的主要能量是分子间的氢键能,水吸收红外的能量主要用于对氢键的破坏。因此,用红外辐射作为激发光源是切实可行的。通过对比不同的光源以及热源对与海水挥发的影响,在相同条件下,光照对于促进海水挥发效果非常显著;在淡化过程中,挥发速率不受盐水浓度的影响。光辐射表面挥发淡化技术具有现行海水淡化技术无可比拟的优点,同时为利用太阳能海水淡化方法提供了新的思路,因此可以将其作为一种新的海水淡化新思路加以深入研究。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：P747
【部分图文】：

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热法海水淡化技术主要有蒸馏法和结晶方法之分，前者主要包括多级闪蒸(MSF)，效蒸发（MED）和压汽蒸馏(VC)等方法，后者则由冷冻法（Freezing Process）和水合法（Hydrate Process）构成。膜法海水淡化技术包含了反渗透(RO)和电渗析(ED)。化方法海水淡化技术中的水合物法所产淡水水质较差，离子交换法（Ion Exchangerocess）成本较高，使其应用受到一定限制。其他方法中则包含了近年来新兴的利用新源进行海水淡化的方法及一些传统的分离方法，如太阳能蒸馏法，溶剂萃取法（Solventxtraction Process）等。从理论上讲，以海水含盐浓度为 35 克/升和水回收率为 50%计，最小的能耗为 1.53 千瓦时/m3，但上述各种方法的实际能耗，都远远超过此值。虽海水淡化方法有很多种，但常用的方法也就是 MSF、MED、VC 和 RO 等，而适用于型的海水淡化的方法只有 MSF、MED、RO，最大的 MSF 淡化厂规模达 30 万 m3/d，大的 RO 淡化厂规模为 20 万 m3/d。目前，MSF 法仍然是海水淡化工业化装置的主要法,据统计 MSF 法占世界淡化方法市场份额的 62%,RO 法占 31%，ED 法占 3%，其它法占 3%[17]。

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图 1.2 多级闪蒸（MSF）示意图装置中，海水从一个较高压的蒸发器进入至下一个较低压的蒸发器，可将下去，不需增加额外热量就可最大限度地得到冷凝淡化水[33]。蒸发器配有换热器，冷海水将蒸汽冷凝成淡水后再经盐水集管加热，可节多级闪蒸的水处理厂通常维持盐水集管的出口温度在 90℃～120℃出口温率越高，但是结垢的潜在危险性越大，而且高温会加速金属表面的腐蚀。闪蒸法技术成熟，整体性好，运行安全系数较高，积垢现象有所改善，产量度降低能耗，适合于大型和超大型海水及浓盐水淡化，尤其适合于火电厂有背压汽机低温热源的大型和特大型海水淡化工程，即电水联产工程。多以上的优点外，它还有以下不利的地方：它对最高温度有所限制，一般不所需的传热面积比多效蒸法大；生产同样量的淡水所需海水量较其他方法闪蒸装置一般可达 30～40 级，目前工艺改进主要侧重在设备材料选择和方面。

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除第一效热媒（蒸汽）来自汽轮机排除的乏汽，后续各效蒸馏器蒸馏器产生的二次蒸汽，这样用二次蒸汽去加热下一效蒸馏器的海得到利用。一般两效蒸馏装置的运转比为 1.9：1。蒸馏装置效数越可达 10，甚至可达到 22，即 1kg 蒸汽可产生 22kg 淡水。海水在效蒸发器，重复喷淋、蒸发、冷凝过程，浓海水在温度最低的末效效的冷凝水逐级流经闪蒸罐闪蒸，生成的蒸汽作为相应蒸发器的加中生成的一次蒸汽在冷凝器中冷凝，冷凝器中部分被预热后的海水统，其余部分返回大海[35]。

【参考文献】