太阳能利用的多级闪蒸海水淡化装置设计(附件)【字数：13707】
摘 要摘 要近年来，随着人民生活水平的日益进步，我国的水资源需求越来越高，然而人均占有淡水资源量随着人口的逐渐增多而持续下降，水资源的严重匮乏正阻碍着我国的发展速度，所以解决淡水资源不足的问题也是我国发展面临的一个问题。我国的海洋资源十分丰富，因此利用海水淡化这一技术获得淡水已经成为解决这一问题的必由之路。再加上新型太阳能技术的日益进步，将这两项技术结合能够充分解决淡水短缺的问题。经过充分查阅相关资料，本文对多级闪蒸海水淡化装置和真空管太阳能集热技术做了有机结合，形成一套完整的日产淡水500kg的家用小型海水淡化装置。根据能量守恒和质量守恒定律，运用热力学第一定律和传热学换热理论方法对装置进行了计算设计，利用AutoCAD和SolidWorks绘制出相关装置的图纸。理想情况下，可利用极少量电力的完成整套装置的运行，即使是在光照不足的情况下，也可利用外置的辅助加热设备完成海水的集热，从而保证装置平稳运行。这套家用小型海水淡化装置，能够为我国东部低纬度沿海地区的家庭提供日常淡水的使用，为这些不易获得常规能源的地区提供了便利。本套方案作为一个小型装置，设备组成简单，与传统大型海水淡化厂相比，多级闪蒸技术耗能低，而太阳能作为一个清洁能源，对环境十分友好，如果对装置进行实际工程应用情况下的改进，相信在不久的将来，以这套装置为原型的家用海水淡化装置会得到推广。关键词海水淡化；太阳能集热器；多级闪蒸；U形管
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 国外研究现状 1
1.2.2 国内研究现状 2
1.3 本文研究内容 6
1.4 本文结构介绍 6
第二章 海水淡化及太阳能集热技术介绍 7
2.1 海水淡化原理与方法 7
2.1.1 蒸馏法 7
2.1.2 冷冻法 7
2.1.3 水合物法 7
2.1.4 溶剂萃取法 8
2.1.5 反渗透法 8
2.1.6 电渗析法 8
2.1.7 离子交换法 8
2.2 太阳能集热原理与分类 9
2.2.1 平板型太阳能集热器 9 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
2.2.2 聚焦型太阳能集热器 9
2.3 本章小结 10
第三章 基于太阳能利用的多级闪蒸海水淡化原理 11
3.1 多级闪蒸技术 11
3.1.1 多级闪蒸原理 11
3.1.2 多级闪蒸流程分类 11
3.2 真空管太阳能集热技术 11
3.3 太阳能多级闪蒸海水淡化系统运行过程 12
3.4 本章小结 14
第四章 基本参数的确定与计算 15
4.1 进出口温度的确定 15
4.2 级数的确定 15
4.3 海水流量的计算 17
4.4 装置流程的确定 18
4.5 冷凝管换热面积的计算 19
4.5.1 对数平均温差 19
4.5.2 传热系数的计算 19
4.5.3 每级冷凝管传热面积的计算 22
4.6 闪蒸室隔热层厚度 22
4.6.1 无保温层热损失计算 23
4.6.2 保温层厚度确定 24
4.7 集热器数量计算 24
4.7.1 集热管参数 25
4.7.2 太阳能集热器台数的确定 25
4.8 辅助热源的计算 26
4.9 本章小结 27
第五章 太阳能利用多级闪蒸海水淡化工艺及装置设计 28
5.1 预处理工艺 28
5.2 多级闪蒸工艺 29
5.2.1 第一级闪蒸 29
5.2.2 第二级闪蒸 29
5.2.3 第三级闪蒸 29
5.2.4 第四级闪蒸 29
5.3 装置设计 30
5.3.1 集热器设计 30
5.3.2 闪蒸桶设计 32
5.3.3 淡水收集桶 34
5.3.4 热水罐和淡水罐 35
5.3.5 装置布置设计 36
5.4 本章小结 37
结论与展望 38
致 谢 39
参 考 文 献 40
第一章 绪论
1.1 引言
海水占地球上水资源总数的97%，地球上只有约3600万立方公里的水资源是淡水，大约占总量的3%。淡水又大多以冰川的形式存在于两极，占据了淡水资源的77%，；另外地下水占22%，湖泊和河流水仅占1%。在用途方面，农业生活占用人类活动淡水总量的70%，工业使用20%，只有10%是用于家庭需求。
近年来，随着人民生活水平的日益进步，我国的人均水资源需求越来越高，与之形成明显反差的却是人均不足2400立方米的理论淡水资源量，仅为世界人均占有量的四分之一，并且随着人口的逐渐增多而持续下降[1]。我国的淡水资源既少，又分布不均。我国的沿海地区虽然面积不大，但却居住着我国近一半的人口，提供了国内生产总值的百分之六十以上。因为人口稠密，所以大部分沿海城市的人均水资源量低于500立方米，部分严重的地区甚至低于二百立方米，水资源的严重匮乏正阻碍着我国的经济发展速度。一些岛屿和沿海地区居民由于长期饮用不符合卫生标准的水，患上各种疾病，大大降低了人们的生活水平。因此，解决淡水资源不足的问题也是我国发展面临的一个问题[2]。
世界的缺水情况是很明显的，联合国人口基金会的专家指出，目前世界有5亿人口饮不上清洁水，到2025年这个数字将暴增达到28亿，约占届时世界人口的35%[3]。中国位列世界最缺水的国家之一，解决水资源问题刻不容缓。而我国拥有漫长的海岸线和海洋面积，利用现代化技术进行海水淡化无疑成为了必然趋势[4]。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1954年全世界首个海水淡化厂落成，目前超过150个国家已应用海水淡化技术，主要是反渗透法和蒸馏法两种，全球海水淡化产业已颇具规模。根据国际脱盐协会（IDA）统计数据：到2013年8月，已建成的脱盐工厂约17277座，合计装机容量为8090万m3/d。在已建装机容量中，市政供水占比最高，为61%，工业及电力占比33%次之，灌溉、旅游等其他领域合计占6%[5]。
位于以色列海德拉地区的海德拉水厂是世界上最大的海水淡化反渗透水厂之一（现产水能力52.4m3/d）。该水厂自2010年以来向以色列国家水网直接供水（直饮水）；运行第一年供水1.06亿m3，第二年产水1.27亿m3，第三年为1.46亿m3。海德拉水厂具有创新的运行管理体系在总产量不变的情况下该压力中心设计可以灵活的转换产量产水量可以在夜间低峰电价时，产水20000m3/h，而在白天高峰电价时转换产量为7500m3/h[6]。这种运行管理体系减少了能源成本。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 国外研究现状 1
1.2.2 国内研究现状 2
1.3 本文研究内容 6
1.4 本文结构介绍 6
第二章 海水淡化及太阳能集热技术介绍 7
2.1 海水淡化原理与方法 7
2.1.1 蒸馏法 7
2.1.2 冷冻法 7
2.1.3 水合物法 7
2.1.4 溶剂萃取法 8
2.1.5 反渗透法 8
2.1.6 电渗析法 8
2.1.7 离子交换法 8
2.2 太阳能集热原理与分类 9
2.2.1 平板型太阳能集热器 9 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
2.2.2 聚焦型太阳能集热器 9
2.3 本章小结 10
第三章 基于太阳能利用的多级闪蒸海水淡化原理 11
3.1 多级闪蒸技术 11
3.1.1 多级闪蒸原理 11
3.1.2 多级闪蒸流程分类 11
3.2 真空管太阳能集热技术 11
3.3 太阳能多级闪蒸海水淡化系统运行过程 12
3.4 本章小结 14
第四章 基本参数的确定与计算 15
4.1 进出口温度的确定 15
4.2 级数的确定 15
4.3 海水流量的计算 17
4.4 装置流程的确定 18
4.5 冷凝管换热面积的计算 19
4.5.1 对数平均温差 19
4.5.2 传热系数的计算 19
4.5.3 每级冷凝管传热面积的计算 22
4.6 闪蒸室隔热层厚度 22
4.6.1 无保温层热损失计算 23
4.6.2 保温层厚度确定 24
4.7 集热器数量计算 24
4.7.1 集热管参数 25
4.7.2 太阳能集热器台数的确定 25
4.8 辅助热源的计算 26
4.9 本章小结 27
第五章 太阳能利用多级闪蒸海水淡化工艺及装置设计 28
5.1 预处理工艺 28
5.2 多级闪蒸工艺 29
5.2.1 第一级闪蒸 29
5.2.2 第二级闪蒸 29
5.2.3 第三级闪蒸 29
5.2.4 第四级闪蒸 29
5.3 装置设计 30
5.3.1 集热器设计 30
5.3.2 闪蒸桶设计 32
5.3.3 淡水收集桶 34
5.3.4 热水罐和淡水罐 35
5.3.5 装置布置设计 36
5.4 本章小结 37
结论与展望 38
致 谢 39
参 考 文 献 40
第一章 绪论
1.1 引言
海水占地球上水资源总数的97%，地球上只有约3600万立方公里的水资源是淡水，大约占总量的3%。淡水又大多以冰川的形式存在于两极，占据了淡水资源的77%，；另外地下水占22%，湖泊和河流水仅占1%。在用途方面，农业生活占用人类活动淡水总量的70%，工业使用20%，只有10%是用于家庭需求。
近年来，随着人民生活水平的日益进步，我国的人均水资源需求越来越高，与之形成明显反差的却是人均不足2400立方米的理论淡水资源量，仅为世界人均占有量的四分之一，并且随着人口的逐渐增多而持续下降[1]。我国的淡水资源既少，又分布不均。我国的沿海地区虽然面积不大，但却居住着我国近一半的人口，提供了国内生产总值的百分之六十以上。因为人口稠密，所以大部分沿海城市的人均水资源量低于500立方米，部分严重的地区甚至低于二百立方米，水资源的严重匮乏正阻碍着我国的经济发展速度。一些岛屿和沿海地区居民由于长期饮用不符合卫生标准的水，患上各种疾病，大大降低了人们的生活水平。因此，解决淡水资源不足的问题也是我国发展面临的一个问题[2]。
世界的缺水情况是很明显的，联合国人口基金会的专家指出，目前世界有5亿人口饮不上清洁水，到2025年这个数字将暴增达到28亿，约占届时世界人口的35%[3]。中国位列世界最缺水的国家之一，解决水资源问题刻不容缓。而我国拥有漫长的海岸线和海洋面积，利用现代化技术进行海水淡化无疑成为了必然趋势[4]。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1954年全世界首个海水淡化厂落成，目前超过150个国家已应用海水淡化技术，主要是反渗透法和蒸馏法两种，全球海水淡化产业已颇具规模。根据国际脱盐协会（IDA）统计数据：到2013年8月，已建成的脱盐工厂约17277座，合计装机容量为8090万m3/d。在已建装机容量中，市政供水占比最高，为61%，工业及电力占比33%次之，灌溉、旅游等其他领域合计占6%[5]。
位于以色列海德拉地区的海德拉水厂是世界上最大的海水淡化反渗透水厂之一（现产水能力52.4m3/d）。该水厂自2010年以来向以色列国家水网直接供水（直饮水）；运行第一年供水1.06亿m3，第二年产水1.27亿m3，第三年为1.46亿m3。海德拉水厂具有创新的运行管理体系在总产量不变的情况下该压力中心设计可以灵活的转换产量产水量可以在夜间低峰电价时，产水20000m3/h，而在白天高峰电价时转换产量为7500m3/h[6]。这种运行管理体系减少了能源成本。
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