超声蒸发器海水淡化系统的性能研究

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淡水缺乏是21世纪的焦点,海水淡化技术成为了世界各国研究的热点。我国对海水淡化行业高度重视,提出大力发展海水淡化,应对用水危机,将实施“国家蓝水工程”纳入“十四五”规划,将海水淡化技术作为我国弥补水资源短缺的重要途径之一。传统蒸馏法海水淡化技术的提出相对较早,经过多年的发展,在商业上的应用更为成熟。但存在结垢风险高、能耗高等弊端。超声蒸发器是一种利用超声波辅助物料蒸发浓缩的新型蒸发器,具有传热性能好、传热效率高、在线防垢等优点。本文结合国内外的研究,总结了目前主流海水淡化技术的特点和超声波的机理与应用。在此基础上以浓度为35000ppm的海水为实验物料,分析超声蒸发器用于海水淡化时的设备传热性能和防除垢性能。实验结果如下:(1)超声蒸发器淡化海水,利用单因素方法分析蒸发温度、处理量、进料温度、超声功率密度与设备造水比、比蒸发面积、比冷却水量之间的变化关系;造水比随蒸发温度、处理量、进料温度增大而增大,随超声功率密度增大先增后减;比蒸发面积、比冷却水量随蒸发温度、处理量、进料温度增大而减小,随超声功率密度增大先减后增。(2)响应面分析法对操作变量进行交互实验,分析各因素对造水比的影响,结果表明处理量和蒸发温度与超声波功率密度存在交互影响;优化回归方程,在蒸发温度75℃、进料温度80℃、处理量50kg/h、超声功率密度0.99W/cm~2时,造水比最大为0.793。(3)通过离子浓度损失分析系统结垢程度,得出蒸发温度、处理量、进料温度与蒸发器管内结垢量呈正相关关系。(4)添加超声作用后,海水离子浓度损失率相比于无超声作用条件下离子浓度损失率减小,结垢量显著减少,防垢效果明显;常温纯水进料,系统开启超声作用,排出液有明显浑浊物,有一定除垢效果。
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