小型家用电容去离子净水机设计(附件)【字数：16579】
摘 要摘 要随着生活水平的提高，小型家用净水机的需求逐年增加。目前市场上的净水器主要是基于超滤和反渗透原理，还尚未出现基于电容去离子原理的小型家用净水机，而电容去离子技术具有能耗低，核心部件使用寿命长，低压运行等优点。课题的主要研究内容是设计基于电容去离子技术的小型家用净水机，包括性能参数的设定和部件的选取，最后对其进行经济性能分析。本设计先对电容去离子技术（Capacitive Deionization，CDI）处理单元进行设计。首先梳理目前市场上的电极材料，分析其优缺点，从而选定电极材料为活性炭，同时确定活性炭电极的比表面积等参数。其次查阅活性炭作为电极的实验资料，确定最优板间间距为1.5mm，处理水流量为20mL/min，板间电压为1.2V。此外，由于离子交换膜能有效提高处理效率，故还需要选定离子交换膜。在设计好CDI处理单元后，进行的是CDI原件的设计。根据设计路线图，首先确定单元数，在设定的条件下，串联40个CDI原件，可以使出水口的电导率降至100μS/cm以下，符合直饮水的要求。其次确定吸附、脱附时间，设定的吸附时间为10min，脱附时间为5min。然后是流向以及流动阻力计算，为了电极的充分吸附，采用的是自下而上的流动方式，通过流动阻力计算确定了蠕动泵的选型。最后根据以上结果，选定了压力桶作为水箱和稳压直流电源。设计好CDI核心单元后，本设计还进行了前端预处理和后端处理装置的设计，在所有部件设计都完成的基础上，确定了净水机的整体尺寸和性能参数。最后还进行了经济性能分析，小型家用电容去离子净水机具有广阔的市场发展潜力。关键词电容去离子；离子交换膜；产品设计；净水机
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 主要研究内容 1
1.3 研究技术路线 2
第二章 净水技术及成本比较 4
2.1 四种常见净水技术 4
2.1.1 微滤 4
2.1.2 纳滤 4
2.1.3 超滤 4
2.1.4 反渗透 4
2.2 电容去离子技术(CDI) 5
2.2.1 电容去离子技术原理 5
2.2.2 电容去离子技 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
术研究进展 5
2.2.3 电容去离子技术特点 6
2.3 市场调研 6
2.3.1 成本比较 6
2.3.2 技术比较 9
2.4 小结 9
第三章 CDI处理单元的设计 11
3.1 电极材料 11
3.1.1 石墨烯 11
3.1.2 活性炭 11
3.1.3 活性炭纤维 12
3.1.4 炭气凝胶 12
3.1.5 碳纳米管 12
3.1.6 电极材料的选用 12
3.2 电极电压 13
3.3 电极间距 14
3.4 处理水流量 15
3.5 电极比表面积 15
3.6 电极间离子交换膜 16
3.7 CDI处理单元结构设计 17
3.7.1 集电板 17
3.7.2 有机玻璃外框 17
3.7.3 密封垫 18
3.7.4 活性炭 18
3.7.5 离子交换膜 18
3.7.6 绝缘隔膜 19
3.8 CDI处理单元示意图 19
3.9 本章小结 20
第四章 CDI原件的设计 21
4.1 CDI装置形式 21
4.2 吸附脱附过程设计 21
4.2.1 电极再生方式的确定 21
4.2.2 吸附、脱附时间的确定 23
4.3 MCDI处理单元数的确定 24
4.4 MCDI处理单元连接方式的确定 24
4,5 参数初步设定 25
4.6 阻力损失计算 26
4.6.1 流量的确定 26
4.6.2 扬程的确定 26
4.7. 相关配件的选用 28
4.7.1 电磁阀 28
4.7.2 直流稳压电源 28
4.7.3 控制系统 29
4.8 小结 29
第五章 电容去离子净水机的整体设计 31
5.1 预处理部分设计 31
5.1.1 第一级过滤：PP棉滤芯 31
5.1.1 第二级过滤：活性炭滤芯 31
5.2 CDI核心原件尺寸设计 32
5.3 后置处理装置设计 32
5.4 整体尺寸设计 33
5.4.1 压力桶尺寸设计 33
5.4.2 整体效果图 34
5.5 经济性能分析 34
5.5.1 成本计算 34
5.5.2 节水计算 36
5.6 性能参数 36
5.7 小结 36
总结和展望 37
致谢 39
参考文献 40
绪论
1.1 研究背景
随着我国经济的高速发展，我国对清洁的淡水资源需求量逐年增加，但水污染问题却十分严峻。此外，我国自来水水质远低于发达国家标准，水源污染事件也时有发生，像比较严重的有太湖蓝藻事件，华北巨型工业废水坑等。与此同时，由于部分自来水管网老化，内部大量细菌滋生，也会导致自来水的二次污染。
目前，欧美、日韩等发达国家家庭净水机使用率在90%以上，目前中国目前家用净水机的使用率不足5%，农村几乎空白。随着国人生活品质的提高，家用净水机有着巨大的发展前景。
虽然目前市场上家用净水器种类众多，但基于电容去离子技术的小型家用净水器还尚未出现。电容去离子技术具有核心部件寿命长、能耗低、无二次污染，操作简便，无需酸碱再生等优点。与目前家用净水机的净水技术超滤膜、RO反渗透膜相比，具有显著的优势。
1.2 主要研究内容
课题的主要研究内容是设计基于电容去离子技术的小型家用净水器，然后对其经济指标和性能参数进行可行性研究。
通过对电容去离子技术的分析，多项研究表明，影响电吸附效果的因素众多，主要有活性炭比表面积、极板间距、温度、处理水流量、电压、单元数等，其中又以最后三种为影响净水效果的主要因素，为了寻求新型可靠的小型家用净水技术的方法，对其研究做出一些贡献，本文进行了小型家用电容去离子净水机装置的设计开发。
本文的研究内容主要有:
(1)了解家用净水机的分类、工作原理及当前家用净水机的发展趋势；
（2）学习并掌握电容去离子技术的基本原理，了解电容去离子装置的工作流程，分析不同情况下净水效果的影响因素，进行原理设计；
整理电容去离子技术的发展历程，比较其与其他净水技术的优缺点；
对比分析现有的研究模型,选取合适的设计参数,综合比较后得出最优设计方案;
(5)以出水量12L/h为目标,设计小型电容去离子净水机装置,包括电极片的长度、集电极的材料、绝缘物隔离膜的材料大小、端板尺寸等单个处理单元的设计以及净水机的整体设计，包括前端预处理装置和后端处理装置的设计；
(6)计算各部件成本，完成整体成本核算；
(7)绘制小型家用电容去离子净水机系统图，装配图。
1.3 研究技术路线
本设计第一步，进行CDI处理单元的设计，设计步骤如图11所示。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 主要研究内容 1
1.3 研究技术路线 2
第二章 净水技术及成本比较 4
2.1 四种常见净水技术 4
2.1.1 微滤 4
2.1.2 纳滤 4
2.1.3 超滤 4
2.1.4 反渗透 4
2.2 电容去离子技术(CDI) 5
2.2.1 电容去离子技术原理 5
2.2.2 电容去离子技 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
术研究进展 5
2.2.3 电容去离子技术特点 6
2.3 市场调研 6
2.3.1 成本比较 6
2.3.2 技术比较 9
2.4 小结 9
第三章 CDI处理单元的设计 11
3.1 电极材料 11
3.1.1 石墨烯 11
3.1.2 活性炭 11
3.1.3 活性炭纤维 12
3.1.4 炭气凝胶 12
3.1.5 碳纳米管 12
3.1.6 电极材料的选用 12
3.2 电极电压 13
3.3 电极间距 14
3.4 处理水流量 15
3.5 电极比表面积 15
3.6 电极间离子交换膜 16
3.7 CDI处理单元结构设计 17
3.7.1 集电板 17
3.7.2 有机玻璃外框 17
3.7.3 密封垫 18
3.7.4 活性炭 18
3.7.5 离子交换膜 18
3.7.6 绝缘隔膜 19
3.8 CDI处理单元示意图 19
3.9 本章小结 20
第四章 CDI原件的设计 21
4.1 CDI装置形式 21
4.2 吸附脱附过程设计 21
4.2.1 电极再生方式的确定 21
4.2.2 吸附、脱附时间的确定 23
4.3 MCDI处理单元数的确定 24
4.4 MCDI处理单元连接方式的确定 24
4,5 参数初步设定 25
4.6 阻力损失计算 26
4.6.1 流量的确定 26
4.6.2 扬程的确定 26
4.7. 相关配件的选用 28
4.7.1 电磁阀 28
4.7.2 直流稳压电源 28
4.7.3 控制系统 29
4.8 小结 29
第五章 电容去离子净水机的整体设计 31
5.1 预处理部分设计 31
5.1.1 第一级过滤：PP棉滤芯 31
5.1.1 第二级过滤：活性炭滤芯 31
5.2 CDI核心原件尺寸设计 32
5.3 后置处理装置设计 32
5.4 整体尺寸设计 33
5.4.1 压力桶尺寸设计 33
5.4.2 整体效果图 34
5.5 经济性能分析 34
5.5.1 成本计算 34
5.5.2 节水计算 36
5.6 性能参数 36
5.7 小结 36
总结和展望 37
致谢 39
参考文献 40
绪论
1.1 研究背景
随着我国经济的高速发展，我国对清洁的淡水资源需求量逐年增加，但水污染问题却十分严峻。此外，我国自来水水质远低于发达国家标准，水源污染事件也时有发生，像比较严重的有太湖蓝藻事件，华北巨型工业废水坑等。与此同时，由于部分自来水管网老化，内部大量细菌滋生，也会导致自来水的二次污染。
目前，欧美、日韩等发达国家家庭净水机使用率在90%以上，目前中国目前家用净水机的使用率不足5%，农村几乎空白。随着国人生活品质的提高，家用净水机有着巨大的发展前景。
虽然目前市场上家用净水器种类众多，但基于电容去离子技术的小型家用净水器还尚未出现。电容去离子技术具有核心部件寿命长、能耗低、无二次污染，操作简便，无需酸碱再生等优点。与目前家用净水机的净水技术超滤膜、RO反渗透膜相比，具有显著的优势。
1.2 主要研究内容
课题的主要研究内容是设计基于电容去离子技术的小型家用净水器，然后对其经济指标和性能参数进行可行性研究。
通过对电容去离子技术的分析，多项研究表明，影响电吸附效果的因素众多，主要有活性炭比表面积、极板间距、温度、处理水流量、电压、单元数等，其中又以最后三种为影响净水效果的主要因素，为了寻求新型可靠的小型家用净水技术的方法，对其研究做出一些贡献，本文进行了小型家用电容去离子净水机装置的设计开发。
本文的研究内容主要有:
(1)了解家用净水机的分类、工作原理及当前家用净水机的发展趋势；
（2）学习并掌握电容去离子技术的基本原理，了解电容去离子装置的工作流程，分析不同情况下净水效果的影响因素，进行原理设计；
整理电容去离子技术的发展历程，比较其与其他净水技术的优缺点；
对比分析现有的研究模型,选取合适的设计参数,综合比较后得出最优设计方案;
(5)以出水量12L/h为目标,设计小型电容去离子净水机装置,包括电极片的长度、集电极的材料、绝缘物隔离膜的材料大小、端板尺寸等单个处理单元的设计以及净水机的整体设计，包括前端预处理装置和后端处理装置的设计；
(6)计算各部件成本，完成整体成本核算；
(7)绘制小型家用电容去离子净水机系统图，装配图。
1.3 研究技术路线
本设计第一步，进行CDI处理单元的设计，设计步骤如图11所示。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jtgc/cbyhy/30.html
