【正文】 超聲式蒸發(fā)器除垢性能研究 Descaling Performance of Ultrasonic Evaporator 專業(yè)名稱： 過程裝備與控制工程 姓名 : 房世杰 指導(dǎo)教師姓名： 申請學(xué)位級別： 學(xué)士 論文提交時間： 2022 年 6 月 學(xué)位授予單位： 天津科技大學(xué) 摘 要 超聲式蒸發(fā)器是利用超聲空化提高蒸發(fā)濃縮效率的一種新型的蒸發(fā)設(shè)備，它適用于各 種蒸發(fā)換熱設(shè)備，尤其是可用于容易在蒸發(fā)器內(nèi)部結(jié)垢的物料的蒸發(fā)。由于超聲波技術(shù)的應(yīng)用還存在一些問題沒有解決，所以沒有大范圍的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。本文以無機鹽溶液和水作為實驗物料，研究超聲式蒸發(fā)器的傳熱性能。實驗結(jié)果表明： 1) 利用 Excel 表格對數(shù)據(jù)進行單因素法處理得出各主要操作因素對超聲式蒸發(fā)器性能的影響：傳熱系數(shù)隨著超聲波功率先增大后減小，隨著進料量增大而增大，隨著進料溫度先增大后減小，隨著傳熱溫差的變化是以 50℃ 為分界線，兩種趨勢都是先增大后減小。 2) 利用 Minitab 對數(shù)據(jù)進行處理，采用響應(yīng)面分析法得出各影響 因素對傳熱系數(shù)的最佳響應(yīng)面，分析可以發(fā)現(xiàn)各操作因素對傳熱系數(shù)的敏感程度：傳熱溫差 ＞ 蒸發(fā)溫度 ＞ 流量 ＞ 超聲波功率密度， 在對所有因子的最佳響應(yīng)面綜合分析得到超聲波蒸發(fā)最佳效果時操作條件。 3) 離子色譜分析儀對樣品分析表明在二次蒸汽內(nèi)各離子的含量大約是濃縮液的千分之一。二次蒸汽中的離子含量可以忽略不計，達到設(shè)計要求。 關(guān)鍵字： 超聲 空化； 傳熱系數(shù)； 無機鹽； 響應(yīng)面分析 Abstract Ultrasonic evaporator is concentrated by evaporation using ultrasound to improve the efficiency of a new evaporation plant, which applies to all kinds of evaporation heat transfer equipment, especially the evaporator can be used easily inside the evaporator fouling materials. Since the application of ultrasound technology, there are some issues remain unresolved, there is no largescale applied to industrial production. In this paper, inanic salt solution and water as experimental materials to study heat transfer performance of the ultrasonic evaporator. The results showed that: 1） Forms for data use Excel single factor that deal with the influence of the main operating factors on ultrasonic evaporator performance: heat transfer coefficient with the ultrasonic power first and then decrease, as the feed rate increases, as the feed temperature then decreases, with the change of the temperature difference is the dividing line after 50 ℃ , two trends are the first increases and then decreases. 2） Use Minitab for data processing, obtain various factors on the heat transfer coefficient of the best response surface using response surface analysis, factor analysis can be found in each operation sensitivity of the heat transfer coefficient: temperature difference evaporation temperature Flow ultrasonic power density, in the best of all the factors to get a prehensive analysis of response surface ultrasonic evaporator operating conditions for best results. 3) ion chromatography analyzer for sample analysis showed that in the second steam content of each ion is about onethousandth of the concentrate. Secondary steam in terms of ion content can not be ignored, to meet the design requirements. Keywords: Ultrasound。 heat transfer coefficient。 salts； Response surface analysis 目 錄 1 前言 ................................................... 1 污垢的性質(zhì)極其對換熱設(shè)備影響、對污垢的監(jiān)測 ........ 1 污垢的性質(zhì)及分類 ............................. 1 污垢對換熱設(shè)備的影響 ......................... 2 污垢層的監(jiān)測 .................................. 3 除垢方法 .......................................... 4 化學(xué)除垢 ..................................... 4 高壓水除垢 .................................... 4 機械清洗 ...................................... 4 在線清洗 ...................................... 5 超聲波除垢 .................................... 5 超聲波除垢在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ........................ 6 超聲波防垢除垢在國內(nèi)的應(yīng)用 ................... 6 超聲波防除垢在國外的應(yīng)用 ..................... 8 超聲式防除垢的不足 ........................... 9 課題研究的背景及意義 .............................. 9 研究課題的背景 ............................... 9 課題研究的意義 .............................. 10 本文的研究工作 .............................. 10 2 實驗原理 .............................................. 11 傳熱原理 ......................................... 11 自然循環(huán)原理 ................................ 11 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器 .......................... 11 傳熱系數(shù) K ................................... 12 超聲波防除垢技術(shù)原理 ............................. 14 空化效應(yīng) .................................... 14 活化效應(yīng) .................................... 15 抑制效應(yīng) .................................... 15 剪切效應(yīng) .................................... 15 除垢機理 ......................................... 15 硬質(zhì)污垢的除垢機理 .......................... 15 軟垢層的除垢機理 ............................ 15 對人體無害 .................................. 16 3 實驗研究 .............................................. 17 實驗簡介 ......................................... 17 無機鹽超聲蒸發(fā)實驗 ................................ 17 實驗?zāi)康?..................................... 17 實驗流程 ..................................... 17 實驗步驟 ..................................... 19 無機鹽離子檢測實驗 ................................ 19 簡易真空超濾裝置 ............................. 19 離子色譜儀進行離子檢測 ....................... 20 單因素實驗結(jié)果與分析 .............................. 22 進料溫度對傳熱系數(shù)的影響 ..................... 22 進料流量對傳熱系數(shù)的影響 ..................... 22 傳熱溫差對傳熱系數(shù)的影響 ..................... 23 超聲波功率密度對傳熱系數(shù)的影響 ............... 24 中心復(fù)合實驗 ...................................... 25 中心復(fù)合法實驗設(shè)計 ........................... 25 中心復(fù)合法實驗設(shè)計優(yōu)勢 ....................... 26 實驗設(shè)計概述 ............................... 26 中心復(fù)合實驗設(shè)計的特點 ..................... 26 中心復(fù)合實驗設(shè)計方案實施 ..................... 27 選定模型的分析討論 ........................... 27 離子檢測數(shù)據(jù)分析 ................................. 31 4 結(jié)論 ................................................. 34 5 展望 ................................................. 35 6 參考文獻： ........................................... 36 7 致謝 ................................................. 38 附錄 .................................................... 39 天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 1 1 前言 本章主要介紹了污垢的種類及其形成過程 ,污垢的除去方法由此來引出超聲波防除垢性能 ,并對除垢方法加以比較得出超聲波除垢的優(yōu)勢所在 ,在 本部分 的結(jié)尾 簡單 介紹了本 研究 的主要工作。 污垢的性質(zhì)極其對換熱設(shè)施的影響、對污垢的監(jiān)測 污垢的性質(zhì)及分類 所謂的污垢，是說在與不潔凈流體接觸的固態(tài)物質(zhì)表面上或基材內(nèi)部隨著時間的增加而慢慢積聚而成的那層固態(tài)物質(zhì)或軟泥狀物質(zhì)。在 1991 年時，根據(jù)Somerscales 對換熱器中換熱板上阻礙換熱 的污垢下了一個相對來說比較嚴(yán)格的定義：凡是換熱器內(nèi)換