熊日华[1]2004年在《露点蒸发海水淡化技术研究》文中指出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。
张凌云[2]2011年在《超声波露点法海水淡化关键技术研究》文中研究表明以提高海水淡化系统的热效率和产水率为目标，首次提出超声波雾化蒸发技术和露点凝结技术相结合的新设想，利用超声波雾化技术强化蒸发过程传热传质；利用露点凝结改善海水淡化系统的经济性。论文在超声波雾化加湿器原理基础上，搭建了超声雾化蒸发实验平台，建立了相应的蒸发量测试系统，对超声波雾化的微观机制进行探讨：超声波在液体雾化过程中产生的热效应，增加了水分子运动的动能，迫使水分子团簇间的氢键断裂，使大的水分子团簇变小，强化传热传质的进行；超声波雾化过程中能够产生动量积聚，在超声波和表面张力波两者频率相近时激发共振，从而克服海水表面张力，使更多微小的水分子扩散到空气中，加速水分子团簇的雾化和蒸发。这一机制为海水淡化技术的研发提供了新的思路。基于以上实验条件设计盐度和温度两个变量，研究温度为35~68℃之间，盐度为30~50之间的海水在超声作用下的蒸发规律，经过实验数据及其拟合公式表明：温度与盐度共同影响海水的蒸发速率，温度升高，海水的蒸发速率升高，超声波雾化的最适宜温度为50℃~65℃；随着盐度从30到50的改变，对超声波蒸发速率的影响系数很小。超声波的热效应增加了水分子动量，在一定程度上促使水分子克服了因盐度增加而增加的表面张力，使水分子能够有效突破表面张力的约束，加快蒸发过程，提高热效率；超声波海水淡化技术在降低海水浓度的影响方面具有一定的优势，是超声波海水淡化技术的依据。在超声雾化蒸发实验的基础上，结合太阳能集热装置，综合考虑露点凝结海水淡化过程，设计了一套海水淡化装置和热量回收措施，提高系统热效率；建立传热传质耦合数学模型，对系统中主要部件进行分析，对超声技术在露点法海水淡化系统中的应用进行了初步探索。
刘忠[3]2010年在《多效鼓泡蒸发式太阳能海水淡化技术研究》文中进行了进一步梳理增湿-去湿海水淡化技术作为一种新型的海水和苦咸水淡化技术,其原理与传统蒸馏法及反渗透法都不同。它是以载气(如空气)为载体,通过海水或苦咸水对其增湿和去湿操作来制取淡水。为了提高过程的热效率,通常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。本文提出以鼓泡方式进行载气的增湿操作,以实现海水淡化的设计思路。建立了一台五级塔式结构的四效鼓泡蒸发式太阳能海水淡化塔,塔内总有效传热面积为6.7m~2,利用太阳能加热第一级海水。建立了相应的太阳能集热系统、流体输送系统、控制系统。并针对该系统进行了实验研究,完成了鼓泡蒸发淡化基本流程和稳态条件下操作参数选定实验及影响因素实验。实验研究表明,在稳态条件下,设备的淡水产率随第一级蒸发室内热盐水温度(初温)的升高而提高,随各级鼓泡量的加大而提高。对于本实验设计的鼓泡蒸发翅片冷凝淡化设备的淡水产率一般为1.2～1.6kg/h,其级间温差、载气流量以及初温等均存在适宜的操作范围。第一级蒸发室增湿热盐水温度在85～90℃之间较为适宜。在实验条件下,各级温度分别为89.9℃、77.4℃、68.0℃、59.0℃、38.3℃,各级载气流量分别为600L/h、480L/h、480L/h、480L/h时的淡水产率为1.482L/h,GOR值为2.7,折算单位产量鼓泡功耗4.94kW·h/吨。对比实验表明,鼓泡蒸发冷凝塔各级间存在一个的合理鼓泡量组合,以寻求在一个较高的产水率条件下,达到最优的造水比(GOR)和较低的动力消耗。本文设计的鼓泡蒸发淡化工艺和系统的淡化水含盐量低于50mg/L,与传统蒸馏法的淡化水水质相当。通过对多效鼓泡蒸发淡化过程中的热量衡算、物料衡算、鼓泡增湿传质速率计算及蒸发侧-冷凝侧传热速率计算,建立了适用于鼓泡蒸发淡化过程的传热-传质数学模型。研究了各级热力过程的传递特性,分别建立了鼓泡增湿传质系数和蒸发侧-冷凝侧传热系数的计算方法。以建立的数学模型为基础,结合实验数据,研究了鼓泡蒸发冷凝淡化塔各级稳态温度和各级蒸发侧-冷凝侧总传热系数,给出了稳态操作条件下各级鼓泡增湿传质系数和蒸发侧-冷凝侧传热系数的算例。在实验研究和模型研究的基础上,探讨了对鼓泡蒸发淡化系统进行进一步研究的方向。
刘宜波[4]2013年在《多场辅助太阳能露点蒸发海水淡化关键技术研究》文中研究说明超声波作用于液态水时的空化效应等作用可使水雾化成微小颗粒，增加分子内能，强化传热传质；电场、磁场作用将影响氢键的排列或使其断裂，改变水的物理、化学性质，促进传递过程。将多场作用应用到太阳能海水淡化过程，提高热、质传递系数，弥补该方法能量消耗高、产水量低的不足，加速其规模化使用。本文采用频率为1.7M Hz的超声波发生器、中心磁感应强度为1300Gs的铁氧体磁芯和1.5V电压与反应槽连接搭建实验台，分别对盐度为0、15、20、2、25、30、35的模拟海水进行蒸发过程实验研究，获得在单场和多场组合作用下海水温度范围为35~70℃内的实验数据。实验结果表明在外场作用下不同盐度海水的蒸发速率均高于自然状态，说明此叁种场都对海水蒸发有促进作用，而且多场作用效果更为显着。温度是影响蒸发速率的主要因素，但盐度对不同外场或组合下海水蒸发速率的影响效果不尽相同。自然状态、超声波、磁场作用下蒸发速率随盐度增大而下降，而在电场作用下则相反，此外多场共同作用时并无规律性影响。为进一步判断何种情况对蒸发最有利，将蒸发速率与温度和盐度进行多元线性拟合，得到相应的蒸发速率表达式。再对比相应的蒸发比，可以看出在本实验条件下超声波+磁场作用效果最好。露点蒸发淡化技术由增湿—去湿淡化方法发展而来，是一种新的淡化技术。它是以空气为载体，通过用海水对其增湿和去湿来制得淡水。而与传统的增湿一去湿淡化不同的是，露点蒸发淡化技术通过热传递将冷凝过程与蒸发过程直接耦合起来，连续地直接将冷凝潜热传递到蒸发室，为蒸发盐水提供汽化潜热，大幅度提高过程的热利用效率。露点蒸发淡化技术具有投资小、效率高、工作条件温和、设备不宜结垢、原料水预处理要求低、可以利用低位热能等独特优势。将实验结果应用到露点蒸发海水淡化方法中，设计出多场辅助太阳能露点蒸发海水淡化装置，利用超声波和磁场强化传热传质过程，以提高太阳能利用率和系统效率。针对装置工作流程，列出蒸发室增湿过程、冷凝室散热过程及冷凝室与蒸发室换热过程的热量平衡和质量平衡方程，建立露点蒸发海水淡化过程的传热传质微分方程组，为系统的设计计算提供理论依据。
成怀刚[5]2006年在《高分子传热元件用于露点蒸发海水淡化装置的研究》文中研究表明露点蒸发淡化技术以空气为载体,通过海水或苦咸水对其增湿和去湿来制取淡水,同时将去湿过程的冷凝潜热传递至增湿侧以促进盐水的气化,强化增湿过程。基于露点蒸发过程特定的工艺条件,本文首次将石墨聚丙烯和聚丙烯材质的传热管用于管壳式露点蒸发淡化装置,并通过管内表面的粗糙化处理促进盐水形成液膜,增加气-液两相接触面积。通过一系列工艺实验和传热实验,考察了淡化装置在不同操作条件下的产水能力。结果表明,进口盐水的温度越高,淡水产率越高,而进料盐水、载气和外加蒸汽的流量则应控制在一定的范围之内。在盐水进口温度为70~90°C的条件下,石墨聚丙烯装置的淡水产率为0.05~0.30 kg m-2 h-1,适宜的进料盐水、载气和外加蒸汽的流量分别是0.008~0.012 kg m-1 s-1、0.66~1.00 kg m-2 s-1和0.006~0.014 kg m-2 s-1;聚丙烯装置淡水产率可以达到0.10~0.68 kg m-2h-1,盐水、载气和外加蒸汽适宜操作流量为0.008~0.012 kg m-1s-1、0.70~1.30 kg m-2s-1和0.006~0.014 kg m-2s-1。两套淡化装置的淡水水质优良,含盐量均在10 mg L-1以下。考察了不同的热量回收模式下淡化系统的运行规律。用冷凝回收和载气循环的方式分别实现了露点蒸发过程中尾气的回用,并考察了这两种操作模式对整个淡化系统的影响。对包括冷凝器在内的整个露点蒸发过程而言,结合良好的热量回收措施,淡化系统的造水比可以达到4以上。基于经典的化工传递理论,建立了描述露点蒸发淡化过程的数学模型。在模拟的基础上,对淡化柱内各流体物性参数(气相和水相的温度、壳程载气中不凝气的含量、气相雷诺数、传质系数、传热系数、盐水和淡化水流量)的局部分布进行了理论分析,进一步从理论上讨论了淡化过程中操作条件对淡化柱运行性能的影响。结果表明石墨聚丙烯淡化柱的总传热系数90~430 W m-2°C-1,聚丙烯淡化柱的总传热系数则达到了250~1100 W m-2°C-1,传热效果不低于金属材质的淡化柱。
王立国[6]2005年在《含大量不凝气的蒸汽冷凝传热实验研究》文中进行了进一步梳理蒸汽冷凝传热中,不凝气的存在将导致传热过程的严重恶化,所以研究不凝气对冷凝传热的影响,历来受到重视。但是过去的研究大多只涉及极少量或微量不凝气问题,而实际应用中这种情况常有突破。本文工作系“低位热能露点蒸发淡化技术研究”课题的基础研究部分,该过程系在不凝气含量高达50~90%条件下进行的变温冷凝传热。研究含大量不凝气的冷凝传热问题,探索改善传热、提高传热系数的途径,是一个极具挑战性的课题。在本课题中,影响传热过程的因素主要有空气含量、冷却水流量、冷却水温度及混合气气速。本文建立了含大量不凝气蒸汽冷凝传热研究的实验装置和相应的计算机数据采集系统。通过调节干空气与常压蒸汽的流量和配比,改变冷却水流量和进口温度,分别考察了各种操作条件对蒸汽冷凝传热过程的影响。含不凝气蒸汽冷凝传热过程中,在管程方面,传热管内壁上存在着温度边界层; 壳程方面,传热管外壁上会附着一层冷凝液膜,在汽-液界面与气相主体之间会存在气-汽扩散层,蒸汽只有通过扩散和对流穿过该扩散层才能在冷凝管上冷凝。各种操作条件只有影响到管程的温度边界层或壳程的冷凝液膜层和气-汽扩散层,才能强化或恶化传热过程。在各种影响因素中,不凝气含量对传热过程的影响最大; 高温操作有利于提高传热效率,但不利于提高产水率; 提高冷却水流量能明显提高液侧对流传热系数,但对气侧对流传热系数几乎没有影响,因此提高冷却水流量无助于提高总传热系数; 在不凝气含量一定的情况下,混合气气速越高,越有利于传热边界层的破坏,总传热系数越大。将液侧对流传热系数的实验值与Dittus-Boelter关联式预测值作了比较,以此验证了我们计算方法的合理性。研究不凝气存在下蒸汽冷凝对流传热的规律,就是为了寻求强化对流传热的途径。研究表明,强化对流传热的途径主要包括:降低混合气中不凝气含量; 提高操作温度; 增大混合气流速。此外,珠状冷凝降液、粗糙的冷凝界面和冷却水间歇操作等,也能对含不凝气蒸汽的冷凝传热强化起到重要作用。
熊日华, 王世昌, 解利昕, 王志, 王纪孝[7]2004年在《露点蒸发海水淡化技术研究》文中提出海水淡化是解决目前世界性缺水问题最有效的措施之一。海水淡化包括多级闪蒸、多效蒸发、压汽蒸馏、反渗透、电渗析以及冷冻法等,而露点蒸发(Dewvaporation)海水淡化技术是近年来出现的一种能够高效利用低位热能的中小型淡化技术。它利用预
齐春华, 冯厚军, 孙靖, 苗超[8]2015年在《热法海水淡化前沿技术及其应用进展》文中提出热法海水淡化方法主要包括多级闪蒸、多效蒸馏、压汽蒸馏。为了降低制水成本,近年来,世界上很多国家均在努力开发热法海水淡化新技术和新工艺,并且取得了众多科研成果。探讨了国内外热法海水淡化前沿技术,包括增湿去湿法、露点蒸发、迅速喷雾蒸发、膜蒸馏、应用吸收式热泵、应用热管等海水淡化技术。针对我国对上述前沿技术的研究仍停留在实验室或模拟分析阶段的现状,提出发展建议。
陶钧[9]2013年在《太阳能—风能多级鼓泡增湿去湿海水淡化技术研究》文中提出目前水资源短缺已是世界各国共同关注的全球性问题,海水淡化是解决这一问题的重要途径。低温多效蒸馏、多级闪蒸、反渗透等主流海水淡化技术仅适合于大规模海水淡化工程,且存在能耗高、对环境影响不利等问题。太阳能海水淡化技术克服了对化石能源的依赖,但具有占地面积大、效率低等缺点。增湿去湿海水淡化技术具有规模灵活、结构简单、易于维护、可以因地制宜地高效利用低位热能和各种可再生能源等优点,是解决偏远地区分散小规模淡水需求的有效方法,是对主流海水淡化技术的重要补充。在前人研究的基础上,建立了一台五级鼓泡增湿去湿海水淡化装置。该装置以空气为载气,采用鼓泡的方式令空气与海水传热传质,升温增湿空气的冷凝潜热得到了有效利用。该装置能够利用电能(可由太阳能和风能转化而来)和太阳能为淡化过程供能,且能够灵活地调整引风量、第零级蒸发室盐水温度、各级蒸发室的鼓气量和盐水液位高度等操作条件。从单效和多效两个方面对该装置进行了实验研究。单效情况下的实验研究表明,第零级蒸发室盐水温度越高,装置产水率越高；针对一定的加热功率,存在一个最佳的鼓气量；引风量越大,装置产水率越小第零级蒸发室中盐水液位高度对产水率影响不大。多效情况下的实验研究表明,减小第零级蒸发室鼓气量并增大最高一级蒸发室鼓气量对装置产水率有利。在多效情况下所得到的装置最大产水率为3.156kg/h,相应的造水比为1.2。基于质量衡算和热量衡算,建立了多级鼓泡增湿去湿淡化装置的数学模型,对淡化过程进行了数值模拟。数值模拟结果与实验结果基本相符,并得出以下结论：在装置首末两级蒸发室总温差一定的情况下,第零级蒸发室盐水温度越高,总产水率越高；在装置第零级蒸发室温度一定的情况下,最末级蒸发室盐水温度越低,装置产水率越高；在装置首末两级蒸发室盐水温度确定的情况下,中间各级蒸发室级间温差对总产水率影响较小。这为各级鼓气量的设定提供了依据。在实验研究和数值模拟的基础上,在给定的设计条件下,以日产淡水28L为例,将太阳能和风能与多级鼓泡增湿去湿淡化装置进行了集成优化。完成了淡化系统中太阳能集热系统、泵系统以及风光互补发电系统的设计,为多级鼓泡增湿去湿淡化装置的实际应用奠定了基础。
朱爱梅[10]2005年在《露点蒸发淡化过程中含高分率不凝气的蒸汽冷凝传热研究》文中认为在耦合而成的增湿-去湿换热柱中,露点蒸发淡化过程以空气作为载气,通过预热过的海水或苦咸水使其增湿和去湿来获取淡水。这就不可避免地涉及含高分率不凝气的蒸汽冷凝传热问题。因此,研究含高分率不凝气的蒸汽冷凝传热问题,探索改善传热、提高传热系数的途径,是一个极具挑战性的课题。本项研究成果除了指导露点蒸发淡化过程的工程设计外,也可对其他相关过程提供有价值的参考。针对露点蒸发淡化过程的特点,建立了含高分率不凝气的蒸汽冷凝传热的实验装置,并设置了两种形式的实验冷凝柱,冷凝柱I和冷凝柱(组)II。系统地考察了各种操作条件(两侧介质温度,流量等)对冷凝传热过程的影响;考察了温度、流量、传热系数和不凝气的质量分率沿冷凝柱的分布;首次系统研究了不同冷凝柱长度(2.5 m,2.0 m,1.6 m,1.3 m和1.0 m)的冷凝传热特性,以及冷凝柱长度对传热系数的影响等。高分率不凝气的存在会严重恶化蒸汽冷凝传热过程,但在合理的设计和适当的操作条件下,总传热系数可以达到1000~3000 W/m2·℃,对于露点蒸发淡化过程具有实际工程应用价值。冷凝柱的有效传热长度对总传热系数的影响较大。自冷凝柱顶部到冷凝柱底部,由于混合气中的蒸汽不断被冷凝,使不凝气的质量分率越来越大,混合气的局部流速越来越低(局部雷诺数越来越小),其局部冷凝膜系数越来越小。当混合气和冷却水的进口条件相同时,有效传热长度越短,总传热系数越大。从有效传热长度对总传热系数的影响程度和装置的去湿程度两方面来考虑,在本实验考察的冷凝柱长度范围内,冷凝柱有效传热长度建议不要超过2.0 m。在大量实验数据的基础上,得出了含高分率不凝气的冷凝传热过程中混合气的局部膜系数关联式;以热量衡算和质量衡算为基础,结合传热速率方程,建立了含高分率不凝气的蒸汽冷凝过程的传热微分方程组;该方程组对本过程具有基础性和普遍性,原则上与设备型式和结构无关,是含高分率不凝气的冷凝传热过程的一套基础方程体系,可将其用于局部传热系数的计算和过程的数学模拟。过程模拟计算表明,从冷凝柱顶到冷凝柱底,温度与传热系数沿冷凝柱下降。混合气中不凝气的质量分率和冷凝液质量流率沿冷凝柱增加。冷凝柱长度的增加,有利于混合气的完全冷凝和降低不凝气的排出温度,提高热能回收率,但对提高装置的传热系数和设备利用率不利。同时,实验和模拟均表明,混合气进口条件和冷凝柱高度是影响冷凝传热效果的决定性因素,而冷却水进口条件对冷凝传热过程的影响较小,
参考文献：
[1]. 露点蒸发海水淡化技术研究[D]. 熊日华. 天津大学. 2004
[2]. 超声波露点法海水淡化关键技术研究[D]. 张凌云. 青岛理工大学. 2011
[3]. 多效鼓泡蒸发式太阳能海水淡化技术研究[D]. 刘忠. 浙江大学. 2010
[4]. 多场辅助太阳能露点蒸发海水淡化关键技术研究[D]. 刘宜波. 青岛理工大学. 2013
[5]. 高分子传热元件用于露点蒸发海水淡化装置的研究[D]. 成怀刚. 天津大学. 2006
[6]. 含大量不凝气的蒸汽冷凝传热实验研究[D]. 王立国. 天津大学. 2005
[7]. 露点蒸发海水淡化技术研究[C]. 熊日华, 王世昌, 解利昕, 王志, 王纪孝. 第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上). 2004
[8]. 热法海水淡化前沿技术及其应用进展[J]. 齐春华, 冯厚军, 孙靖, 苗超. 中国给水排水. 2015
[9]. 太阳能—风能多级鼓泡增湿去湿海水淡化技术研究[D]. 陶钧. 浙江大学. 2013
[10]. 露点蒸发淡化过程中含高分率不凝气的蒸汽冷凝传热研究[D]. 朱爱梅. 天津大学. 2005