基于全塑蒸发器的低温多效海水淡化系统研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:supermilk009
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低温多效蒸发作为目前海水淡化主流技术之一,其发展已比较成熟,但在工业生产中仍存在一系列的问题,如存在严重的设备腐蚀与结垢问题,如何避免或者减轻设备腐蚀与结垢是目前多效蒸发海水淡化技术的研究热点。  本文提出的海水淡化方法是在传统的低温多效蒸发海水淡化方法的基础上进行的改进。塑料换热器由于采用聚合物材料,相比于铝黄铜、铜镍合金有更好的耐腐蚀性和抗结垢性能,价格也更低,因此本课题提出采用全塑的蒸发器代替传统的金属蒸发器。在全塑蒸发器中采用致密的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维毛细管作为换热介质,代替了传统的金属列管式换热管。依据毛细润湿原理,用PVDF中空纤维超滤膜代替传统的金属分布器,将充分接触的换热管和超滤膜丝束浇铸成多效蒸发器组件作为多效蒸发的一效进行海水淡化。由于换热毛细管与超滤膜都没有采用金属材质,且组件外壳也是塑料材质,因此避免了金属腐蚀的发生,同时,由于全塑的换热毛细管和分布器具有较大的热膨胀系数,可最大限度的防止结垢的产生。另外由于中空纤维换热毛细管较细且壁厚较薄,可达到更大的换热面积,作为海水分布器的中空纤维超滤膜相对于一般的液体分配器具有更均匀的液体分布能力,故能更加均匀的分布海水,而且超滤膜与换热毛细管交替排布,海水能更加充分的与换热毛细管接触,强化换热过程。本文首次提出水填充提高导热性的方法。通过制备表皮致密内部多孔且孔隙率达75%的毛细换热管,毛细管内的空隙填充水,相比于未改性实壁中空纤维毛细换热管,可显著提高其导热系数达140%。  本文首先通过建立单效蒸发的实验装置,验证了采用超滤布水的全塑蒸发器的设计方案是可行的,考察了单效蒸发装置的性能,即影响淡水产量和造水比的因素,包括进料海水的温度和流量、入口蒸汽的温度和流量及系统的真空度等。同时也尝试了多效蒸发装置的初步探究,为之后的多效蒸发研究提供了技术基础,从而为低温多效蒸发海水淡化提供一种新的方法。  其次通过干湿法纺丝制备了中空纤维换热毛细管,并对其进行了结构表征,从实验角度验证了将换热毛细管非贯通孔润湿再填充水,可显著提高传热系数。通过比较不同内径和壁厚的中空纤维换热毛细管的换热性能,得出传热系数随壁厚的减小而增大,随内径增大有小幅减小。分别考察了冷流体分别走管程壳程时不同流速和装填密度对换热性能的影响,得出管内侧对流传热热阻约占21%-25%,而管外侧对流传热热阻约占60%-65%,最佳装填率为12%-19%。
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