海水淡化過程中的傳質與傳熱分析【文獻綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設計文獻綜述</b></p><p><b>　　化學工程與工藝</b></p><p>　　海水淡化過程中的傳質與傳熱分析 </p><p>　　摘要：本文介紹了熱法海水淡化過程中二氧化碳與海水形成膜之間的傳質與傳熱。目前世界和中國都面臨著能源緊缺的問題，開發(fā)利用海洋熱能等低

2、品位可再生能源是優(yōu)化能源結構、緩解能源緊缺、保持可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。低端品味熱能的開發(fā)利用需要高效的換熱技術以及裝置，填料塔內的二氧化碳-水直接接觸傳熱就是一種高效的傳熱方式，可以作為開發(fā)利用低端品味能源的有效的技術手段。在導師的帶領下自行建立了一套高效的、結構合理的二氧化碳-水直接接觸傳熱設備，并進行了填料塔內二氧化碳-水直接接觸傳熱過程的實驗研究,取得了理想的傳熱溫差和體積傳熱系數，發(fā)現了操作條件等因素對體積傳熱系數的影響，對實驗

3、器材及方案進行了設計本研究對開發(fā)利用低端品味水（海水）熱能提供了一條有效途徑，并為二氧化碳-水直接接觸傳熱過程和裝置的研究和設計應用提供了一定的指導和參考。研制開發(fā)低端品味傳熱傳質的新產品，都是迫切需要解決的科學技術題目，已成為國際傳熱研究前沿的研究熱門。</p><p>　　關鍵詞： 海水淡化 傳質 傳熱</p><p><b>　　1、前言 </b></p&

4、gt;<p>　　海水淡化即利用海水脫鹽生產淡水。是實現水資源利用的開源增量技術，可以增加淡水總量，且不受時空和氣候影響，水質好、價格漸趨合理，可以保障沿海居民飲用水和工業(yè)鍋爐補水等穩(wěn)定供水。 從海水中取得淡水的過程謂海水淡化。 現在所用的海水淡化方法有海水凍結法、電滲析法、蒸餾法、反滲透法，目前應用反滲透膜的反滲透法以其設備簡單、易于維護和設備模塊化的優(yōu)點迅速占領市場，逐步取代蒸餾法成為應用最廣泛的方法。</p&g

5、t;<p>　　能源是人類賴以生存的物質基礎，它不僅是人民生活的必需品，也是現代工業(yè)的重要支柱，為國民經濟發(fā)展提供動力一能源與社會經濟的發(fā)展和人類的生活息息相關，開發(fā)和利用能源資源始終貫穿于社會文明發(fā)展的整個過程。能源的人均占有量、能源構成、能源使用效率和對環(huán)境的影響等，是衡量一個國家現代化程度的重要標準之一。因此世界各國都把能源的開發(fā)和利用作為發(fā)展經濟的前提。隨著世界經濟和社會的發(fā)展，能源的消耗量也在快速增長。據聯合國統

6、計， 1995~2020年世界一次能源增長率每年將達2%。同時，石油和煤炭等礦物燃料雖然具有含能量高，易于規(guī)?；_發(fā)和利用等多方面的優(yōu)點，但它們是不可再生的一次性能源。由于它們的大規(guī)模開發(fā)和廣泛應用，已經嚴重影響了人類生存環(huán)境的質量，破壞了生態(tài)平衡，造成世界的環(huán)境日益惡化，使人類面臨著前所未有的環(huán)境問題。這種生態(tài)環(huán)境破壞日益加劇的趨勢，引起了國際社會的普遍關注。</p><p>　　中國是世界上僅次于美國的第二能

7、源消費大國，也是能源需求增長最快的國家之一，能源相對緊缺，人均消耗量遠低于發(fā)達國家，能源己成為制約經濟社會快速發(fā)展的瓶頸。從能源構成情況來看，包括我國在內的世界絕大多數國家都把石油和煤炭等礦物性燃料作為基本能源，把發(fā)展石油和煤炭工業(yè)作為能源開發(fā)和利用的基礎。我國是以煤為主要能源的少數國家之一，煤炭生產和消耗量均占70%以上，能源結構不合理。而且我國的能源利用效率低、單位GDP能耗過高。在今后相當長的時間內，這種情況不會有大的改變。可以預

8、見，隨著經濟和社會的快速發(fā)展，中國將面臨越來越嚴峻的能源短缺問題。</p><p><b>　　2、設備</b></p><p>　　填料塔是化工生產中一種重要的設備，除了應用于分離或吸收過程外，還可應用于熱量的傳遞和交換。利用填料塔來進行熱量交換，屬于直接接觸或混合式</p><p>　　換熱。在填料塔內氣、液直接接觸過程中，液體在填料表面分

9、散并形成液膜，從</p><p>　　而增大與氣體的接觸面積，極大地強化了換熱。填料塔作為直接接觸換熱設備，</p><p>　　通常應用于熱力發(fā)電過程的水冷卻過程以及化工生中的增減濕過程。近年來，為</p><p>　　了提高燃氣供熱設備的熱效率，人們將其應用于燃氣熱水裝置，使氣體燃料燃燒</p><p>　　后產生的高溫煙氣與被加熱的水進

10、行直接接觸換熱，為生產或生活提供熱水，其</p><p>　　效率可達95%以上。填料塔內空氣一水直接接觸傳熱過程可以實現很低的傳熱溫</p><p>　　差和很高的傳熱效率，在低品位熱能利用方面具有很好的應用前景。在煉油、石油化工、精細化工、食品、醫(yī)藥及環(huán)保等部門，塔器均屬面大量的重要單元設備，其投資一般占投資總額的20%左右，有些甚至高達50%。塔器按其結構可分為兩類:板式塔和填料塔。

11、填料塔由填料、塔內件及筒體構成，填料分規(guī)整填料和散裝填料兩大類。塔內件則有不同形式的液體分布裝置、填料固定裝置或填料壓緊裝置、填料支承裝置、液體收集再分布裝置與進料裝置及氣體分布裝置等。筒體有整體式結構及法蘭連接分段式結構。</p><p>　　填料塔作為氣液傳質設備雖然有100多年的歷史，但直到1914年拉西環(huán)填料的出現才使填料塔進入了科學發(fā)展的軌道。填料是填料塔的核心構件，它提供了氣液兩相接觸傳質與換熱的表面

12、，與塔空氣一水直接接觸高效傳熱過程及設備研究</p><p>　　內件一起決定了填料塔的性能。目前填料的開發(fā)與應用仍是沿著散裝填料與規(guī)整</p><p><b>　　填料兩個方向進行。</b></p><p><b>　　3、主題</b></p><p>　　低溫多效蒸餾淡化技術的概念 低溫多效海

13、水淡化技術是指鹽水的最高蒸發(fā)溫度低于70℃的淡化技術，其特征是將一系列的水平管噴淋降膜蒸發(fā)器串聯起來，用一定量的蒸汽輸入通過多次的蒸發(fā)和冷凝，后面一效的蒸發(fā)溫度均低于前面一效，從而得到多倍于蒸汽量的蒸餾水的淡化過程。多效蒸發(fā)是讓加熱后的海水在多個串聯的蒸發(fā)器中蒸發(fā)，前一個蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的蒸汽作為下一蒸發(fā)器的熱源，并冷凝成為淡水。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節(jié)能的方法之一。低溫多效蒸餾技術由于節(jié)能的因素，近年發(fā)展迅速，裝置的規(guī)模日益擴大，

14、成本日益降低，主要發(fā)展趨勢為提高裝置單機造水能力，采用廉價材料降低工程造價，提高操作溫度，提高傳熱效率等。一種低溫多效蒸餾法海水淡化設備，包括供汽系統、布水系統、蒸發(fā)器、淡水箱及濃水箱，供汽系統的生蒸汽入口置于中間效蒸發(fā)器上。工作方法為：（1）布水系統對海水進行噴淋；（2）輸入生蒸汽到中間效蒸發(fā)器的蒸發(fā)管內部；（3）蒸汽在蒸發(fā)管內冷凝傳出熱量，蒸發(fā)管外吸收熱量產生蒸發(fā)；（4）新蒸汽輸送至其兩側的蒸發(fā)管內；（5）管內發(fā)生冷凝，管外吸收熱量

15、、產生蒸發(fā)；（6）各效蒸發(fā)器重復蒸發(fā)和冷凝過程；（7）蒸餾水進入淡水箱；（8）濃</p><p>　　進料海水 在排熱冷凝器中被預熱和脫氣，之后被分成兩股物流。一股物流作為冷凝液排棄并排回大海，另外一股物流變成蒸餾過程的進料液。料液經加人阻垢分散劑之后被引人到熱回收段各效溫度最低的一組中。噴淋系統把料液噴淋分布到各蒸發(fā)器中的頂排管上，在沿頂排管向下以薄膜形式自由流動的過程中，一部分海水由于吸收了在蒸發(fā)器內冷凝蒸汽

16、的潛熱而汽化。被輕微濃縮的剩余料液用泵打入到蒸發(fā)器的下一組中，該組的操作溫度要比上一組高一些，在新的組中又重復了蒸發(fā)和噴淋過程。剩余的料液接著往前打，直到最后在溫度最高的效組中以濃縮液的形式離開該效組。生蒸汽輸入到溫度最高一效的蒸發(fā)管內部，在管內發(fā)生冷凝的同時，管也產生了與冷凝量基本相同的蒸發(fā)。產生的二次蒸汽在穿過濃鹽水液滴分離器以保證蒸餾水的純度之后，又引人到下一效的傳熱管內，第二效的操作溫度和壓力要略低于第一效。這種蒸發(fā) 和冷凝過程

17、沿著一串蒸發(fā)器的各效一直重復，每效都產生了相當數量的蒸餾水，到最后一效的蒸汽在排熱段被海水冷卻液冷凝。第一效的冷凝液被收集起來，該蒸餾水的一部分又返回到蒸汽發(fā)生器，超過輸人的生蒸汽量的部分流人到一系列特殊容器的首個容器中，每一個容器都連接到下一低</p><p>　　所謂豎直螺旋微槽管壁面液體升膜是指當豎直螺旋微槽管的底部表面與液面相切或微微浸進時，由潤濕力、毛細力和溫差驅動力等克服重力，驅動液體自下而上在管壁形

18、成均勻連續(xù)的覆蓋整個管表面的薄液膜。采用超景深三維顯微鏡系統可視化觀察了豎直螺旋微槽管壁面升膜形成及活動狀態(tài)，在管壁內埋設0.5mm鎧裝熱電偶定點丈量豎直螺旋微槽管壁面周向溫度。在此基礎上用不平衡熱力學理論分析豎直螺旋微槽管壁面升膜形成的影響因素，活動的驅動力及其耦合關系。在對升膜的速度分布和厚度分布進行數值模擬的基礎上，得出正交曲線坐標系下豎直螺旋微槽管壁面升膜蒸發(fā)換熱的熱量表達式。建立豎直螺旋微槽管壁面升膜傳熱試驗臺，得出豎直螺旋微

19、槽管壁面升膜換熱系數在周向上的分布，并對不同熱流密度及強化措施進行分析比較。對豎直螺旋微槽管壁面多組分流體升膜形成及傳熱進行分析，以海水、CO2混合物和水蒸氣為工質對不同濃度的多組分流體升膜傳熱進行比較，為工程應用提供理論支持。 以單效水平螺旋微槽管壁面升膜海水淡化試驗參數為依據設計更為高效緊湊的多效海水淡化裝置與流程，并進行了數值分析計算。將水平螺旋微槽管壁面升膜多效海水淡化的各效換熱溫差及造水量</p>&l

20、t;p><b>　　4、總結</b></p><p>　　通過分析海水淡化裝置的結構、工作原理和傳熱過程，裝置性能的改進和效率的提高應從以下幾個方面來：(1)最大限度地重復利用水蒸汽凝結所釋放出來的潛熱，用以預熱和加熱蒸發(fā)的海水，降低系統能耗；(2)盡量利用低溫多效蒸發(fā)的方式來淡化海水，不過要注意液膜緊貼壁面流動并均勻分配，避免出現導致換熱惡化的干燥區(qū)；(3)利用負壓汽化和正壓凝結，強

21、化傳熱系數；(4)要利用太陽能蒸汽作為熱源以提高系統性能。通過以上研究發(fā)現豎直螺旋微槽管壁面升膜形成受到毛細壓力、潤濕力、周向溫差、汽泡等多種因素的綜合作用，各項力對升膜的質量和熱量傳遞之間存在耦合效應。豎直螺旋微槽管壁面升膜需要循環(huán)泵，能夠在螺旋微槽中實現欠熱蒸發(fā)和過冷沸騰，通過實驗得出其換熱系數。對多組份流體在豎直螺旋微槽管壁面升膜的形成和換熱有了初步的分析，為適應于工業(yè)制鹽的海水淡化裝置和流程設計提供了依據。對豎直螺旋微槽管壁面升

22、膜蒸發(fā)海水淡化進行參數計算，并與相同工況下的水平降膜海水淡化進行比較，豎直螺旋微槽管壁面升膜蒸發(fā)海水淡化其上風在于可以降低初始蒸發(fā)壓力和蒸汽溫度，有利于在工業(yè)制鹽設施上應用。通過對豎直螺旋微槽管壁面升膜在傾斜角度時活動的數值模擬，</p><p><b>　　[參考文獻]</b></p><p>　　[1]Malic M A s，Tiwari G N，Kumer A，

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