直接热耦合增湿—去湿过程海水淡化研究

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1、天津大学博士学位论文直接热耦合增湿—去湿过程海水淡化研究姓名：丁涛申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：王世昌20060601摘要直接热耦合增湿一去湿过程，以空气作为水汽的载体，通过对空气的增湿和去湿，将海水或苦咸水淡化，是一项新的淡化技术。该过程又称为露点蒸发蒸发。与传统的增湿一去湿淡化方法相比，由于该技术采用了去湿与增湿过程直接热耦合的新颖工艺，不仅促进了海水的蒸发，提高了增湿效果，同时也大大提高了过程的热利用率。本文建立了带有余热回收设备的直接热耦合增湿一去湿海水淡化装置。首次直接对现场(秦皇岛)海水

2、进行了直接热耦合增湿一去湿海水淡化实验研究，考察了直接热耦合增湿一去湿过程对淡化海水的适应性。研究表明，对TDS为50000mg／L的高盐度海水，产品水水质稳定(TDS为3~4mg／L)，与MSF、MED等蒸馏法相当。同时首次考察了普通海水蒸发装置用阻垢剂对直接热耦合增湿一去湿淡化过程的适应性。研究表明，聚马来酸类阻垢剂可适用直接热耦合增湿一去湿海水淡化过程，实际应用中4ppm的使用量就足以维持设备正常运行。系统分析了过程的影响因素，研究表明：系统淡水产量随海水流量的增加先增加而后减缓；随载气流量则先增加而后稍

3、下降；随海水顶温和外加蒸汽流量的增加，系统的淡水产量基本呈单调增加的趋势；随着海水流量、载气流量及海水顶温的增加，系统GOR(造水比)表现出先增加而后减小的趋势。针对主体柱蒸发侧载气进口并不饱和这一事实，首次建立了并不限于蒸发侧饱和假设的具有基础性和普遍性的直接热耦合增湿一去湿过程热一质传递数学模型。并结合大量实验数据，分别建立了各相关传质与传热系数的计算关联式。在所建立模型的基础上模拟了不同操作条件对系统产量和GOR等的影响。与实验结果对比表明：模拟结果与实验结果吻合较好，设备性能随各操作条件的变化规律与实验

4、结果一致。通过模拟，研究了典型操作条件下，设备内部温、湿度、不凝气含量及总传热系数的分布情况。结果表明，空气在离开主体柱蒸发侧之前基本能够达到充分饱和，对本文实验设备，其达到饱和所需要的传热管长度一般不超过2m；而总传热系数的分布受到不凝气含量分布情况的影响，随着冷凝过程的进行，不凝气含量逐渐增加，局部总传热系数则逐渐减小；典型操作条件下的主体柱总传热系数为100～800W／m2·℃，回收冷凝器总传热系数为100～220W／m2·℃。关键词：海水淡化露点蒸发热耦合增湿去湿传热系数传质系数数学模拟ABSTRACT

5、Thedirectheatcouplinghumidification—dehumidification(dewvaporation)desalinationisanovelseawaterandbrackishwaterdesaltingprocess，inwhichairisusedasacarriergastoevaporatewatervaporfromfeedsalinewaterandtoformfreshwaterbylatercondensation．Toimprovethehumidifica

6、tioneffectandincreasethethermalefficiency,differentfromconventionalhumidification—dehumidificationdesalinationmethods，intheinnovativedewvaporationdesalinationtechniquetheevaporationandcondensationprocessesarethermallycoupledbydirectheattransfer,SOthatthecond

7、ensationlatentheatcanbetransferredtotheevaporationsidetoprovideevaporativelatentheatforsalinewater．Thedewvaporationdesalinationsystemwiththeresidualheatrecovererwasdesignedandbuiltinthiswork．Theexperimentalinvestigationontheapplicabilityofthedewvaporationfor

8、desaltingseawaterwascarriedout．TheresultsshowthatTDSofproducedwaterisusuallyintherangeof3-4mg／Lforthefeedseawaterof50000mg／LTDS，whichiscomparablewiththatofMSForMED．Meanwhile，theapplicabilityofco