【正文】 結(jié)構(gòu)形式。蒸發(fā)器是蒸發(fā)的主要設(shè)備，它主要由加熱室和蒸發(fā)室組成。蒸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)任務(wù)是：確定蒸發(fā)操作條件；蒸發(fā)器的形式及蒸發(fā)流程；進(jìn)行工藝計(jì)算；確定蒸發(fā)器的傳熱面積及結(jié)構(gòu)尺寸以及強(qiáng)度計(jì)算；附屬設(shè)備選型；最后用流程圖、設(shè)備圖和設(shè)計(jì)書表達(dá)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想和全部設(shè)計(jì)內(nèi)容?！?K3=1200w/( m2 論文的主要內(nèi)容本文是建立在海水淡化技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，基于多效蒸發(fā)技術(shù)、太陽能集熱技術(shù)，通過對(duì)蒸發(fā)器和其他輔助裝置的工藝條件和結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算，來設(shè)計(jì)一套三效蒸發(fā)太陽能海水淡化的工藝流程和裝置。 海洋中卻蘊(yùn)藏著豐富的淡水，其總量約占海水的97%，是一個(gè)最大而又穩(wěn)定可靠的淡水儲(chǔ)庫(kù)。已建成投產(chǎn)的41套海水淡化裝置，主要分布在山東、遼寧、浙江、河北和天津等地。1967年～1969年全國(guó)組織海水淡化會(huì)戰(zhàn)，同時(shí)開展了電滲析、反滲透和蒸餾等多種海水淡化技術(shù)方法的研究。在海水淡化規(guī)模不斷增加的同時(shí)，海水淡化成本也逐漸降低。全球生產(chǎn)的淡化海水約80％用于飲用水，解決了一億多人的供水問題，即世界上平均每60人當(dāng)中就有一人靠淡化水生活。因此，利用清潔能源如太陽能等來進(jìn)行海水淡化，必將受到人們的青睞。據(jù)報(bào)道，截止1990年，全世界已經(jīng)安裝的海水淡化裝置的產(chǎn)水能力為10 10 m ／d。因此，解決淡水供應(yīng)不足是我國(guó)面臨的一個(gè)嚴(yán)峻問題。就人均占有量來說，中國(guó)在水資源方面是一個(gè)窮國(guó)。地球表面積約為5．1億km ，其中海洋面積占70．8％左右，地球上的總水量約有近14億km 。若從地球上人均占有水量來看，水資源是十分豐富的，人類似乎不應(yīng)該有缺水之患。據(jù)推算，我國(guó)人均占有水量只居世界的第108位。為了增大淡水的供應(yīng)，除了采用常規(guī)的措施，比如就近引水或跨流域引水之外，一條有效的途徑就是就近進(jìn)行海水或苦咸水的淡化。到2000年，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)翻了一倍。 海水淡化的發(fā)展概括 國(guó)外發(fā)展應(yīng)用概括目前，全世界有一百二十多個(gè)國(guó)家和地區(qū)采用海水或苦咸水淡化技術(shù)取得淡水，建成的海水淡化廠達(dá)一萬多座，平均每日淡化水生產(chǎn)能力約四千萬噸。尤其在中東地區(qū)和一些島嶼地區(qū)，淡化水在當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。其中，典型的大規(guī)模反滲透海水淡化噸水成本己從1985年的1．02美元降至2005年的48美分。1974年在天津建立了同產(chǎn)100 m3的多級(jí)閃蒸實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)時(shí)，同產(chǎn)淡水72 m3。在國(guó)內(nèi)已建成投產(chǎn)的海水淡化裝置中，反滲透法和低溫多效蒸餾法為主流，其產(chǎn)水量占總產(chǎn)水量的95％，多級(jí)閃蒸蒸餾法(MSF)約占5％，而電滲析法(MED)和壓汽蒸餾(VC)合計(jì)尚不足1％。因此，發(fā)展海水淡化技術(shù)，向海水索取淡水已成為現(xiàn)代社會(huì)的當(dāng)務(wù)之急。 本章小結(jié)本章主要介紹了太陽能海水淡化的國(guó)際國(guó)內(nèi)背景及歷史，闡述了世界對(duì)太陽能海水淡化技術(shù)的需求，總體介紹了本論文的意義?！?. 多效（三效）蒸發(fā)計(jì)算的未知量原料液處理量：G ， kg/h各效從海水中蒸發(fā)的蒸汽量： D1 、D2 、D3 ，kg/h各效蒸發(fā)出的蒸汽作為預(yù)熱器中的加熱蒸汽量：E1 、E2 、E3 ，kg/h各效蒸發(fā)出的蒸汽作為下一級(jí)蒸發(fā)器的加熱蒸汽量：W1 、W2 、W3 ，kg/h加熱所需熱水量：D0 ，kg/h各效間的溫度差：△t△t2 、△t3，℃. 未知量的估算 估算各效蒸發(fā)量和完成液濃度原料液處理量：G=D/（1﹣X0/X1)=5000/(1﹣)=造水比和效數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：=N=3= (其中N為有效數(shù))第一效加熱蒸發(fā)量：D0 =D/=5000/= kg/h由于蒸發(fā)過程中存在閃蒸現(xiàn)象，各效從海水中得到的蒸發(fā)量滿足比例關(guān)系： D1 ︰D2 ︰D3 =1︰︰ D= D1+ D2+ D3= D1 D1 =各效完成液濃度： X1===%X2===%X2===％ 估算各效溶液的沸點(diǎn)和有效溫差度 估算各效壓差設(shè)各效間的壓差相等則總壓差：△P=P1﹣PK=80﹣9 =71KPa各效間的平均壓差： △P1=△P/2 =71/2=則各效蒸發(fā)室的壓力：P1=80KPa==PK=9KPa由各效的蒸汽壓力，可以查的二次蒸汽的溫度和汽化潛熱：效數(shù)壓力（Kpa）溫度（℃）汽化潛熱（kJ/kg）第一效802275第二效2312第三效92393各效由于沸點(diǎn)升高引起的溫度差損失△′，根據(jù)各效二次蒸汽溫度和各效完成液的濃度X1,查海水物性數(shù)據(jù)表和手冊(cè)，由經(jīng)驗(yàn)公式得到：=其中：△′a———常壓下（）由于溶液存在引起的沸點(diǎn)升高，℃ △′——— 操作壓力下由于溶質(zhì)存在而引起的沸點(diǎn)升高，℃ f ——— 校正系數(shù) T′——— 操作壓力下二次蒸汽的溫度，℃ r′i ———操作壓力下二次蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg得℃℃℃則℃ 估算各效靜壓升高引起的溫度損失由于液體靜壓力而引起的沸點(diǎn)升高，以液層中間的壓力和沸點(diǎn)代表整個(gè)液層的平均壓力和平均溫度，則由流體靜力學(xué)方程的：液層的平均壓力：Pav=P′+其中Pav——液層平均壓力，KPa P′——液面處壓力, KPa ——液層平均密度，kg/m3 L——液層高度,m那么：Pav1=P′+=80 + = KPa Pav=P′+ = + = KPaPav=P′+ =9 + = KPa查手冊(cè)得平均壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度：Tav1=℃ Tav2=℃ Tav3=℃那么：℃℃℃則℃ 估算各效流動(dòng)引起得溫度差損失由于液體流動(dòng)阻力引起的溫度差損失應(yīng)該去經(jīng)驗(yàn)值1℃則 ===1℃℃則蒸發(fā)裝置的總溫度差損失：℃ 估算有效總溫差由各效二次壓力級(jí)溫度差損失，計(jì)算各效料液的溫度ti:ti=℃℃℃各效料液的溫度：t1=T+=+=℃t2= =+=℃t1==+=℃那么，有效總溫差：=()=℃ 估算各效蒸汽量和各效蒸發(fā)水量第i效的熱量恒算：其中——第i1效給第i效的加熱蒸汽量，kg/h ——第i1效的加熱蒸汽冷凝潛熱，kJ/kg ——第i效水在溫度下的氣話潛熱，kJ/kg ——第i1效溶液的比熱，kJ/(kg℃)（為質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示的溶液組成變化）那么：由第i效流出的濃溶液量：則 估算蒸發(fā)器的傳熱面積蒸發(fā)器傳熱面積：其中，——第i效的傳熱效率，——第i效的傳熱系數(shù)，℃)——第i效的傳熱面積，㎡——第i效的傳熱溫差，℃℃則℃則：℃則：計(jì)算誤差：誤差太大，需要調(diào)整各效的有效溫差 有效溫度差的再分配℃那么，第i效產(chǎn)生的二次蒸汽溫度:℃℃℃ 重復(fù)上述計(jì)算 估算各效料液的溫度第i效的沸點(diǎn)：其中，℃假設(shè)各效相等，℃℃℃℃那么，第i效的傳熱溫度差：℃℃℃ 估算各效料液的濃度第i效濃溶液出口濃度：調(diào)整各效從海水中得到的蒸汽量比例：=::1那么： 各效的熱量恒算第i效的熱量恒算：則 第i效預(yù)熱器的蒸汽消耗量：由海水物性數(shù)據(jù)表查的各效預(yù)熱器內(nèi)的海水比熱值，代入數(shù)據(jù)得到各效預(yù)熱器的蒸汽消耗量： 估算蒸發(fā)器傳熱面積℃則℃則℃則計(jì)算誤差： 平均傳熱面積： 計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)表 第i效參數(shù) 1 2 3 ti（℃）Pi（KPa）809Xi（%）Ei（kg/h）410368333（℃）（℃）Di(kg/h)Gi(kg/h)Wi(kg/h). 本章小結(jié)本章通過對(duì)秦皇島地區(qū)海水淡化數(shù)據(jù)的收集，依據(jù)多效蒸發(fā)計(jì)算的理論對(duì)該地區(qū)所需多效蒸發(fā)太陽能設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。一項(xiàng)好的蒸發(fā)裝置設(shè)計(jì)，除了必須要滿足工藝要求以外，還要合理利用熱能，降低蒸發(fā)過程的能耗，以便提高蒸汽利用的經(jīng)濟(jì)性。它的作用是使進(jìn)入蒸發(fā)器的原料液被加熱，部分汽化，得到濃縮的完成液，同時(shí)需要排出二次蒸汽，并使之與所夾帶的液滴和霧沫相分離。對(duì)常用的間壁傳熱式蒸發(fā)器，按溶液在蒸發(fā)器中的運(yùn)動(dòng)情況，大致可分為以下兩大類：（1） 循環(huán)型蒸發(fā)器 特點(diǎn)：溶液在蒸發(fā)器中循環(huán)流動(dòng)，蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度基本相同，接近于完成液的濃度，操作穩(wěn)定。此類蒸發(fā)器主要有：1. 降膜式蒸發(fā)器 2.. 升膜式蒸發(fā)器 3. 刮板式蒸發(fā)器 4. 升—降膜式蒸發(fā)器這些蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)不同，性能各異，均有各自的特點(diǎn)和適用場(chǎng)合。常用的分布器形式如圖3—2所示。 多效蒸發(fā)的效數(shù)和流程 效數(shù)的確定在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，大多采用多效蒸發(fā)，其目的是為了降低蒸汽的消耗量，從而提高蒸發(fā)裝置的經(jīng)濟(jì)性。具體而言，在多效蒸發(fā)中隨效數(shù)的增加，總蒸發(fā)量相同時(shí)所消耗的蒸汽量在減小，使操作費(fèi)用下降。在技術(shù)上，蒸發(fā)器裝置的效數(shù)過多，蒸發(fā)器操作將不能順利的進(jìn)行。所以，綜上考慮，由日產(chǎn)淡水30噸確定選用三效蒸發(fā)較為合適。 蒸發(fā)的輔助設(shè)備（1）蒸汽冷凝器 蒸汽冷凝器的作用是使二次蒸汽冷凝成水排出。（2）除沫器在蒸發(fā)器的分離室中二次蒸汽與液體分離后，其中還會(huì)夾帶著液滴，需要進(jìn)一步的分離以防有用產(chǎn)品的損失或冷凝液被污染，因此在蒸發(fā)器的頂部設(shè)置設(shè)置除沫器。計(jì)算所需的管子數(shù)：n=S/d0()其中： S——蒸發(fā)器的傳熱面積，m2 d0——加熱管外徑，m L——加熱管長(zhǎng)度，m則： n =()=(根)圓整到 n =110 計(jì)算加熱室的直徑和壁厚加熱室的內(nèi)徑取決于加熱管的規(guī)格、數(shù)目和排列方式。 V = W/3600U 其中： V——分離室的體積，m3. W——蒸發(fā)器的二次蒸汽量，kg/h ——蒸發(fā)器的二次蒸汽的密度，kg/ m3 U ——蒸發(fā)體積強(qiáng)度，m3/ (m3s) 。分離室的直徑也不能太小，否則二次蒸汽流速太大，會(huì)導(dǎo)致霧沫夾帶。取標(biāo)準(zhǔn)管57二次蒸汽出口的接管：為統(tǒng)一結(jié)構(gòu)尺寸，二次蒸汽出口的接管尺寸應(yīng)以末效（體積流量最大）的出口尺寸作為標(biāo)準(zhǔn)： Vs = =飽和蒸汽流速u取 30m/s d= =取標(biāo)準(zhǔn)管53010mm 降膜式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu) 預(yù)熱器的設(shè)計(jì)與選用海水的流量為11110kg/h，設(shè)海水經(jīng)過每個(gè)預(yù)熱器之后溫度升高15℃. kJ/kg℃)則：S1 = = =㎡S2 = = =㎡S3 = = =㎡為了保證各效的換熱效果，三個(gè)預(yù)熱器都采用統(tǒng)一的換熱面積（取換熱面積較大者）。橢圓封頭受力均勻，應(yīng)用廣泛。本設(shè)計(jì)采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)的形式，開孔的位置均在圓筒上。 管板選用管板兼作法蘭。直接接觸式冷凝器多孔板式。但冷凝器效果較差。這里我們?nèi)≥^小值50mm較為合適。 本章小結(jié)本章進(jìn)行了蒸發(fā)器流程的設(shè)計(jì)，通過計(jì)算及查表完成了包括蒸發(fā)裝置的設(shè)計(jì)與選用、預(yù)熱器及冷凝器的設(shè)計(jì)與選用。按收集太陽能的方式分類：可分為聚光型集熱器和非聚光型集熱器兩大類。整體式復(fù)合拋物型集熱器（簡(jiǎn)稱ICPC）是一種新型的集熱器，它包括了CPC復(fù)合拋物聚光器、真空管和對(duì)太陽輻射的吸收率高而反射率低的光譜選擇性涂層。 聚光器CPC復(fù)合拋物聚光器（如圖4—1所示）是一種非成像低聚焦度的壤光器它根據(jù)邊緣光線原理設(shè)計(jì)，可將給定接受角范圍內(nèi)的入射光線按理想聚光比收集到接收器上。此類集熱器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。內(nèi)外層之間抽成真空，能有效防止熱量通過對(duì)流方式散發(fā)出去。其特點(diǎn)是便于大量生產(chǎn)、堅(jiān)固耐用、表面光滑、不易變形，還可以回收利用，有利于環(huán)保。一般普通鏡片厚2～3mm，其優(yōu)點(diǎn)是耐磨性好、光潔度高、易切削加工、購(gòu)買方便和使用壽命 。水箱的容水量、保溫性能、形結(jié)構(gòu)和材料的選用將直接影響太陽能集熱器的性能和運(yùn)行。所采用的材料應(yīng)確保整機(jī)的設(shè)計(jì)壽命，水質(zhì)的要求和使用性能。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。（6） 保溫性能必須達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。但常用的有聚氨酯發(fā)泡、聚氨酯與聚苯泡沫成型等。悶曬式熱水器采用復(fù)合水箱最為普及，用于悶曬式組合水箱的結(jié)構(gòu)盡量使接受陽光面積大些，從而提高熱性能，連接管要連接牢固，且能承受兩個(gè)水箱的容水重量。開口式水箱的優(yōu)點(diǎn)是水箱內(nèi)不承壓，并可確保正常使用。水箱的進(jìn)出口應(yīng)設(shè)在水箱一端的下方，出口應(yīng)設(shè)在另一端的上方，排氣口應(yīng)設(shè)在水箱的頂端。它的優(yōu)點(diǎn)是用水方便、即開即用、用后自動(dòng)補(bǔ)水。通過對(duì)現(xiàn)階段市場(chǎng)里蒸發(fā)裝置的深入分析，最后選用了在目前和未來都有著良好的發(fā)展前途的多效蒸發(fā)海水淡化技術(shù)作為設(shè)計(jì)對(duì)象。這些措施大大提高了運(yùn)行的安全性。s viewpoint, Desalination, 93 (1993) 57681A. Hussain, A. Woldai, and A. A1Radif. Modelling and simulation of a multistage flash (MSF) desalination plant, Desalination, 97 (1994) 555 586張有剛,李琳,