【正文】 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 1 頁 共 43 頁 1 引言 反滲透海水淡化技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀 海水淡化是科學(xué)家們多年來不斷進(jìn)行研究的技術(shù)課題。隨著水資源危機(jī)的加劇，海水淡化技術(shù)得到迅速發(fā)展。在已經(jīng)開發(fā)的二十多種淡化技術(shù)中，蒸餾法、電滲析法、反滲透法都已經(jīng)達(dá)到工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)的水平。最早的淡化方法有兩種：冷凍法和蒸餾法。 冷凍法，即冷凍海水使之結(jié)冰，在液態(tài)淡水變成固態(tài)冰的同時(shí)鹽被分離出去。這兩種方法都有難以克服的弊端，其中蒸餾法會(huì)消耗大量的能源并在儀器里產(chǎn)生大量的鍋垢，而所得到的淡水卻并不多；而冷凍法同樣要消耗許多能源，但得到的淡水味道卻不佳，難以使用。 蒸餾法，即將水蒸發(fā)而鹽留下，再將水蒸氣冷凝為液態(tài)淡水。這個(gè)過程與海水制鹽的過程相似，其相異的地方是人類要攫取的是淡水。蒸餾法海水淡化技術(shù)利用熱能將海水轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)淡水，它又分為低溫多效、多級(jí)閃蒸和壓汽蒸餾三種技術(shù)。蒸餾法海水淡化技術(shù)是最早投入工業(yè)化應(yīng)用的淡化技術(shù)。蒸餾法具有可利用電廠和其他工廠的低品位熱、對(duì)原料海水水質(zhì)要求低、裝置的生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前海水淡化的主流技術(shù)，占海水淡化技術(shù)總市場(chǎng)份額的 57%以上。 反滲透海水淡化法是二十世紀(jì)六十年代后期發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。滲透是一種物理現(xiàn)象，當(dāng)兩種含有不同 濃度鹽類的水，如用一張只讓淡水通過而不讓鹽分通過的 “半透膜 ”隔開，就會(huì)發(fā)現(xiàn)含鹽量少的一邊的水分會(huì)透過膜滲到含鹽量高的水中，而所含的鹽分并不滲透，這樣，直到兩邊含鹽濃度相等為止。然而，要完成這一過程需要很長時(shí)間，這一過程也稱為自然滲透。但如果在含鹽量高的水側(cè)，試加一定壓力，其結(jié)果可以使上述滲透停止，這時(shí)的壓力稱為滲透壓力。如果壓力再加大，可以使水向相反方向滲透，而鹽分剩下。因此，反滲透淡化法，就是在有鹽分的水中（如原水），施以比自然滲透壓力更大的壓力，使?jié)B透向相反方向進(jìn)行，把原水中的水分子壓到膜的另一邊，變成 潔凈的水，從而達(dá)到除去水中鹽分的目的，這就是反滲透淡化法的原理。反滲透主體設(shè)備主要由高壓泵、反滲透膜、能量回收三部分組成。在足夠高壓力的情況下，除水分子外，水中其他礦物質(zhì)、有機(jī)及各種離子幾乎都被拒之于膜外，并被高壓水流沖出。滲透到另一面的水即是安全、衛(wèi)生、純凈的水。反滲透法最大的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約能源，生產(chǎn)同等質(zhì)量的淡水它的能源消耗僅為蒸餾法的 1/40。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 2 頁 共 43 頁 隨著海水淡化技術(shù)的發(fā)展，反滲透已成為所有海水淡化方法中最具競(jìng)爭(zhēng)力的脫鹽技術(shù)之一， 因此從 1974 年以來，世界上的發(fā)達(dá)國家不約而同地將海水淡化的研究方向轉(zhuǎn)向反滲透法。 但其產(chǎn)品水成本與傳統(tǒng)的市政供水相比較仍較高。反滲透系統(tǒng)中的能耗約占海水廠總運(yùn)行費(fèi)用的 75%，而且隨著社會(huì)的發(fā)展能量成本還在增加，減少系統(tǒng)能耗已成為降低反滲透淡化運(yùn)行成本的有效方法之一。在淡化系統(tǒng)中，反滲透膜組件排出的濃鹽水仍有很高的壓力，如能回收這部分能量來增壓進(jìn)料海水，則系統(tǒng)能耗將大幅度降低，為 了降低能耗，余壓能量回收裝置已成為淡化系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵設(shè)備 反滲透基本原理 反滲透是一種高效節(jié)能的膜技術(shù)，以壓力為驅(qū)動(dòng)力將進(jìn)料水中的水（溶劑）和離子（或小分子）分離，從而達(dá)到純化和濃縮的目的。反滲透基本原 理如圖 11所示。用半透膜分離濃度不同的兩個(gè)水溶液，稀溶液測(cè)得水會(huì)自發(fā)的通過半透膜流入濃溶液側(cè)，這種現(xiàn)象叫做滲透。如在濃溶液側(cè)施加壓力△ P，則水的自發(fā)流動(dòng)將受到抑制而減慢，當(dāng)施加的壓力達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，水通過摸的凈流量等于零，出現(xiàn)滲透平衡，濃鹽水側(cè)所施加壓力稱為滲透壓△ II。滲透壓的大小取決于溶液的種類、濃度和溫度，而與膜本身無關(guān)。如在濃溶液側(cè)施加大于滲透壓的外壓△ P，就能使水分子透過半透膜向稀溶液側(cè)擴(kuò)散滲透，上述現(xiàn)象是反滲透的基本原理。在實(shí)際操作中，為了提高透過水 量，所加的外壓一般都達(dá)到滲透壓差的若干倍。 2 海水淡化缸材料的選擇 玻璃鋼 玻璃鋼（ FRP）亦稱作 GRP，即現(xiàn)為強(qiáng)化塑料，一般指用玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂基體。以玻璃纖維或其制品作為增強(qiáng)材料的增強(qiáng)塑料，稱謂為玻璃纖維增強(qiáng)塑料，或稱謂為玻璃鋼。由于所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之稱。質(zhì)輕而硬，不導(dǎo)電，機(jī)械強(qiáng)度高，回收利用少，耐腐蝕?？梢源驿摬闹圃鞕C(jī)械零件和汽車、船舶、壓力容器外殼等。 玻璃鋼的力學(xué)性能 玻璃鋼的力學(xué)性能突出的一點(diǎn)是比強(qiáng)度高，這是金屬材料和其他材料無法比擬的。 玻璃 鋼質(zhì)輕而高強(qiáng)的性能，來源于較低的樹脂密度以及玻璃纖維的高抗伸強(qiáng)度（普 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 3 頁 共 43 頁 通鋼材的 5倍以上）。玻璃鋼的密度隨著樹脂含量的不同而有所不同。從高樹脂含量的玻璃氈制品到低樹脂含量的玻璃鋼纏繞制品，玻璃鋼的密度只有普通碳鋼的 1/4～ 1/5，比鋁還輕 1/3 左右。 復(fù)合材料的力學(xué)性能具有明顯的方向性，這是與金屬材料不同的。金屬材料，不論在任何方向，強(qiáng)度和彈性模量幾乎完全相同。而對(duì)于木材、玻璃鋼等，沿纖維方向的強(qiáng)度和彈性模量就比垂直于纖維方向上的要高得多。象金屬那樣強(qiáng)度不隨方向變化而變化的材料稱為各向同性材料，而像玻璃鋼、木材 、鋼筋混凝土等，它們的強(qiáng)度隨方向不同而變化，稱它們是各向異性材料。玻璃鋼等人造的復(fù)合材料還可以人為地變化纖維方向和數(shù)量來達(dá)到某種特定的強(qiáng)度要求。 玻璃鋼主要的化學(xué)性能就是它有突出的耐腐蝕性。它不僅不會(huì)象金屬材料那樣生銹腐蝕；同時(shí)，也不會(huì)象木材那樣腐爛，而且?guī)缀醪槐凰?、油等介質(zhì)所侵蝕，可以代替不銹鋼在化工廠中用來制造貯罐、管道、泵、閥等，不僅使用壽命長，而且不需采取防腐、防銹或防蟲蛀等防護(hù)措施，減少了維降費(fèi)用。玻璃鋼在耐腐蝕方面的應(yīng)用是很廣泛的，國外一些主要工業(yè)國家，玻璃鋼用作耐腐制品方面都在 13%以上，其用 量有逐年增高趨勢(shì)。國內(nèi)用量也不少，大都用作金屬設(shè)備的襯里，以保護(hù)金屬。玻璃鋼的耐腐蝕性，主要取決于樹脂，作為玻璃鋼用的樹脂，其耐腐蝕性是好的，但單純的用樹脂涂覆在金屬表面上，會(huì)出現(xiàn)較嚴(yán)重的龜裂裂縫，起不到防滲漏和保護(hù)金屬的作用。在樹脂中添加一定量的玻璃纖維后，將樹脂中出現(xiàn)較嚴(yán)重龜裂的可能性轉(zhuǎn)化為數(shù)量眾多的微小裂縫，而這些小裂縫形成一個(gè)貫串裂縫的機(jī)率是很小的，而相互間還有止裂作用，這樣可以阻止化學(xué)溶液介質(zhì)的滲透腐蝕。 玻璃鋼不僅對(duì)多種低濃度的酸、堿、鹽介質(zhì)及溶劑有較好的穩(wěn)定性，而且有抗大氣、海水和微生物作用的 良好性能。 不過，對(duì)于不同的腐蝕性介質(zhì)，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臉渲筒ＡЮw維及其制品。關(guān)于玻璃鋼防腐，近幾年來應(yīng)用越來越普遍，顯示了防腐投資少，使用壽命長，節(jié)約大量不銹鋼材等方面的優(yōu)越性，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效果。 FRP 的生產(chǎn)方法 基本上分兩大類，即濕法接觸型和干法加壓成型。如按工藝特點(diǎn)來分，有手糊成型、層壓成型、 RTM 法、擠拉法、 模壓成型 、纏繞成型等。手糊成型又包括手糊法、 袋壓法、噴射法、濕糊低壓法和無模手糊法。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 4 頁 共 43 頁 目前世界上使用最多的成型方法有以下四種。 手糊法：主要使用國家有 挪威 、日本、 英國 、丹麥等 。 噴射法：主要使用國家有瑞典、 美國 、挪威等。 模壓法：主要使用國家有德國等。 RTM 法（樹脂傳遞模塑）：主要使用國家有歐美各國、日本 。 還有：纖維纏繞成型法 、 拉擠成型法和熱壓灌成型法等等 。 我國有 90%以上的 FRP產(chǎn)品是手糊法生產(chǎn)的，其他有模壓法、纏繞法、層壓法 。日本的手糊法仍占 50%。從世界各國來看，手糊法仍占相當(dāng)比重，說明它仍有生命力。手糊法的特點(diǎn)是用濕態(tài)樹脂成型，設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)用少，一次能糊 10m 以上的整體產(chǎn)品。缺點(diǎn)是機(jī)械化程度低，生產(chǎn)周期長，質(zhì)量不穩(wěn)定。近年來，我國從國外引進(jìn)了擠拉、噴涂、纏 繞等工藝設(shè)備，隨著 FRP 工業(yè)的發(fā)展，新的工藝方法將會(huì)不斷出現(xiàn) 。 不銹鋼 在眾多的工業(yè)用途中，不銹鋼都能提供今人滿意的耐蝕性能。根據(jù)使用的經(jīng)驗(yàn)來看，除機(jī)械失效外，不銹鋼的腐蝕主要表現(xiàn)在：不銹鋼的一種嚴(yán)重的腐蝕形式是局部腐蝕（亦即應(yīng)力腐蝕開裂、點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、腐蝕疲勞以及縫隙腐蝕）。這些局部腐蝕所導(dǎo)致的失效事例幾乎占失效事例的一半以上。 303 和 303Se 是分別含有硫和硒的 易切削不銹鋼 ，用于主要要求易切削和表而光浩度高的場(chǎng)合。 303Se 不銹鋼 也用于制作需要熱鐓的機(jī)件，因?yàn)樵谶@類條件下，這種不銹鋼具有良好的可熱加工性。 不銹鋼的特點(diǎn) ： ⑴ 表面美觀以及使用可能性多樣化； ⑵ 耐腐蝕性能好，比普通鋼長久耐用； ⑶ 耐腐蝕性好； ⑷ 強(qiáng)度高，因而薄板使用的可能性大； ⑸ 耐高溫氧化及強(qiáng)度高，因此能夠抗火災(zāi)； ⑹ 常溫加工，即容易 塑性加工； ⑺ 不必表面處理，簡(jiǎn)便、維護(hù)簡(jiǎn)單； ⑻ 清潔，光潔度高； ⑼ 焊接性能好。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 5 頁 共 43 頁 3 管路的選擇 管路的概述及要求 管路在液壓系統(tǒng)中主要用來把各種元件及裝置連接起來傳輸能量。 對(duì)管路的基本要求是要有足夠的強(qiáng)度，能承受系統(tǒng)的最高沖擊壓力和工作壓力，管路與各元件及裝置的連接處要密封可靠、不泄露、決不能松動(dòng)。 在系統(tǒng)中的不同部位，應(yīng)選用不同規(guī)格的管徑，管路在安裝前必須清洗干凈，管內(nèi)不允許有銹蝕、雜質(zhì)、粉塵、水及其他液體或膠質(zhì)等其他污物。 管路安裝要固定結(jié)實(shí)，布局合理，排列整齊，方便維修和更換元 件。 管筒規(guī)格按外徑和壁厚確定。外徑定寸管比通徑定寸管具有較高的外徑尺寸精度和內(nèi)外表面粗糙度，易于對(duì)管子進(jìn)行彎曲，適合選用各種管接頭。這類管子有鋼管、銅管和鋁管，后兩種一般用于低壓系統(tǒng)。銅管雖易彎曲與擴(kuò)口成型，但擴(kuò)口時(shí)易冷作硬化且銅管有易于油液氧化的催化作用。鋼管是液壓系統(tǒng)的主要用管，其強(qiáng)度高，適合各種液壓設(shè)備和高壓設(shè)備。 確定管路的內(nèi)徑、壁厚等尺寸時(shí)可按下列方法計(jì)算。 管內(nèi)油液的推薦流速 對(duì)吸油管道取 v? ～ m/s （一般取 1m/s以下） 對(duì)壓油管道取 v? ～ m/s （壓力高時(shí)取大值，反之取小值；管道較長時(shí)取小值，反之取大值；油液粘度大時(shí)取小值，反之取大值）。 對(duì)短管及局部收縮處，可取 v=5～ m/s。 對(duì)回油管道，可取 v? ～ m/s。 對(duì)管內(nèi)流速也可按照表 31選取 表 31液壓系統(tǒng)管路推薦流速 吸油管 壓油管 回油管流速 /(m/s) 運(yùn)動(dòng)粘度2mm/s 流速 /(m/s) 壓力 /MPa 流速 /(m/s) 150 ～ 3 ～ 100 ～ 4 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 6 頁 共 43 頁 50 10 ～ 5 30 20 5～ 6 20 6～ 海水淡化系統(tǒng)的工作壓力為 10MPa，但在活塞桿進(jìn)入緩沖時(shí)壓力會(huì)達(dá)到 ，因此根據(jù)表 31 選取海水淡化系統(tǒng)的海水流速為 。 管子的內(nèi)徑的計(jì)算 管子內(nèi)徑的計(jì)算公式為 qd v? （ 31） 式中 d管子內(nèi)徑（ mm）。 q海水的流量（ L/mm）。 v管內(nèi)海水的流速，可按推薦流速選取，見表 31。 . 根據(jù)式 31 可得 管道的內(nèi)徑為 qd v? ?? = mm 為方便加工，將其圓整為整數(shù)，選取管道的內(nèi)徑為 30mm。 管子壁厚的計(jì)算 管子壁厚 的計(jì)算公式為 2[ ]pdt ?? （ 32） 式中 t— 管子壁厚（ mm）。 p工作壓力（ MPa）。 d管子內(nèi)經(jīng) （ mm）。 [ σ]許用應(yīng)力（ MPa），對(duì)于鋼管 []bn?? ? 。 b? 抗拉強(qiáng)度 （ MPa）。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 7 頁 共 43 頁 n安全系 數(shù)。（當(dāng)壓力 p7MPa 時(shí)， n 取 8；當(dāng)壓力 p≤ 時(shí)， n 取 6；當(dāng)壓力 p 時(shí)，取 n=4）。 由式 32 得管道的壁厚為 2[ ]pdt ?? 20 30 42 628??? ? = mm 將其圓整為整數(shù)，選取壁厚為 2mm。 管道的安裝布置應(yīng)注意的問題 管子長度要短，管徑要合適，流速過高會(huì)損失能量。 固定兩點(diǎn)之間的硬管連接，應(yīng)避免緊拉直管，要有一個(gè)松彎部分，這不僅便于裝卸，且也不會(huì)因?yàn)闊崦浝淇s，造成嚴(yán)重的拉應(yīng)力。 管子的彎 管半徑應(yīng)盡可能大，其最小彎管半徑應(yīng)為管外徑的 倍。參考表 32 管子最小彎曲半徑。管端處不宜有彎管半徑，應(yīng)當(dāng)留出部分直管，其距離為管接頭螺母高度的 2 倍以上。 對(duì)系統(tǒng)的管路安裝連接必須牢固結(jié)實(shí)。當(dāng)管路較長時(shí)，需加支撐，支撐管夾的間距，可參考美國材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)推薦的關(guān)夾間距 見附表 一。 表 32 管子最小彎曲半徑 管外徑 D 6 8 10 12 14 16 18 2