2吨天制淡量船用反渗透膜法与超级电容法海水淡化组合装置设计(附件)【字数：15396】
摘 要摘 要船用海水淡化装置是船舶上不可或缺的重要设备之一。目前，应用最为广泛的船用海水淡化技术是蒸馏法和反渗透膜法（RO），且反渗透膜法占有主导地位。虽然反渗透膜法海水淡化装置有着能耗低、产水效率高等特点，但在实际使用中，反渗透膜法的产水仍存在腐蚀性以及硼离子含量过高的问题，不但对管道材质有苛刻的要求，而且作为饮用水也不利于身体健康。同时，对于产水水质的要求越高，反渗透膜法海水淡化装置的能耗增加越高，膜的使用寿命越短，运行成本越高。而近十余年来，发展迅速的另一项海水淡化技术——电容法（CDI）海水淡化技术可以很好的解决反渗透膜法存在的以上问题。本文的主要工作是设计一种新型的海水淡化组合装置，该装置将反渗透膜法海水淡化技术和电容去离子法海水淡化技术相结合，海水经过一系列预处理后，通过反渗透膜法海水淡化系统进行第一步脱盐，其产水再经过电容法脱盐系统，充分利用电容法脱盐系统对较低浓度的原水的脱盐优势，完成进一步的脱盐，获得更高质量的淡水。文中阐述了该海水淡化装置的基本原理及设计方案，设计了配套的给水预处理系统，详尽介绍了产水量为2吨/天的反渗透膜法和电容法海水淡化组合装置的设计，给出了系统设计图和相应的配套设备的型号、参数等。本设计还利用反渗透膜法系统设计软件对设计参数进行了模拟校正；并且利用现有电容法海水淡化技术的研究成果，对本设计的电容法海水淡化系统进行了系统评估。本设计的反渗透膜法海水淡化系统能去除海水中的杂质和大部分离子，脱盐率达到99%，能极大地降低海水含盐量，再经过电容法海水淡化系统的二次脱盐，能在较低能耗下，获得高质量淡水。关键词反渗透；电容去离子；海水淡化；组合设计
目 录
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 船用海水淡化技术的研究进展 1
1.3 反渗透膜法与电容法海水淡化技术分析 3
1.3.1反渗透膜法海水淡化技术分析 3
1.3.1.1 反渗透膜法脱盐原理 3
1.3.1.2 反渗透膜法的技术优势与不足 3
1.3.2 电容法海水淡化技术分析 4
1.3.2.1 电容法脱盐原理 4
1.3.2.2 电容法的技术优势与不足 5
1.4 本文主要研究内容 6
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2章 反渗透膜法海水淡化系统设计 7
2.1 反渗透膜法海水淡化系统工作流程与系统简图 7
2.2 预处理系统设计 7
2.2.1 原水类型与水质分析 7
2.2.2 预防结垢 8
2.2.3 预防胶体和颗粒污堵 8
2.2.4 预防膜生物污染 9
2.2 反渗透膜过滤系统设计 10
2.2.1 膜通量确定 11
2.2.2 反渗透膜元件选型 12
2.2.3 膜元件数量确定 13
2.2.4 压力容器数确定 14
2.2.5 膜组件排列方式确定 14
2.2.6 系统回收率确定 14
2.2.7 陶氏膜设计软件模拟 15
2.2.7.1软件功能介绍 15
2.2.7.2 软件主菜单介绍 16
2.2.7.3 设计参数 17
2.2.7.4 反渗透设计软件使用 18
2.3 高压泵与原水泵选型 19
第3章 电容法海水淡化系统设计 21
3.1 电容法海水淡化系统工作流程与系统简图 21
3.2 CDI组件设计 22
3.2.1 溶液电导率与含盐量的关系 22
3.2.2 电极材料选型与极板尺寸确定 22
3.2.3 离子交换膜选型 24
3.2.4 电极板间电压的确定 25
3.2.5 进水流速的确定 25
3.2.6 CDI组件内部结构的确定 26
3.2.7 其他配件选型 29
3.2.7.1电极基板 29
3.2.7.2 绝缘网 29
3.2.7.3 电极端板 30
3.2.7.4 硅胶垫片 30
3.3 配套仪表 31
第4章 组合系统整体结构与设备清单 32
4.1 组合系统整体结构 32
4.2 设备清单与成本预算 33
结 论 35
致 谢 36
参 考 文 献 37
第1章 绪论
1.1 概述
淡水是船舶航行所必须的基本物质之一，淡水的稳定供给是船舶能够安全、平稳、持久航行以及满足船员日常生活的重要保障。
通常，船舶都设有专用的淡水存储舱。对于短期、或在近海航行的船舶来说，这些存储的淡水当然可以满足船舶日常所需。但是随着我国的商用船和海军舰船不断向大型化、远洋化、现代化方向发展，以及我国对于南海资源的开发，船舶远洋航行的时间更为持久。船舶远离补给基地，如果不能自行产水，远洋船舶则需要储备足够多的淡水，这种情况下必然要增设淡水存储箱，商用货船这就大大减少了载货吨位，使运输能力不能充分利用，也同样对护航舰队和科考勘探船舶的工作造成严重影响。另外，淡水在长期存储中，容易被细菌和微生物污染而变质。在保证运营效益和工作质量的前提下，单靠淡水存储舱无法满足船舶日常的淡水消耗。因此，为了保证远洋船舶航行的续航能力和船员的健康生活，为船舶源源不断地补充淡水，船用海水淡化装置已经成为了船舶必不可少的重要设备之一。研发更加高效的船用海水淡化装置也越来越重要。
1.2 船用海水淡化技术的研究进展
海水淡化就是对海水进行脱盐处理，将海水所含的盐分去除以获取淡水的方法和过程。目前发展较为成熟、应用最为广泛的海水淡化技术是蒸馏法和反渗透法[1]。还有一种新型海水淡化技术——电容去离子技术（CDI），在近十余年得到了快速的发展，在海水淡化领域有着广阔的发展前景。
蒸馏法发展于船用海水淡化技术的发展初期。特别是在19世纪以后，由于蒸汽机的发明和改良，以及当时欧美国家对殖民地的侵略和对航道的探索，蒸馏法得到了快速发展，出现了第一台浸没式蒸发器。这一装置的发明也被认为船用海水淡化技术发展的开始。1852年，欧洲的科学家发明了第一台船用垂直管海水蒸发器。20世纪，出现了多级闪蒸的海水淡化方法，同时机械蒸汽压缩蒸馏法也有了很大的发展，催生了蒸汽压缩式海水淡化装置。并且该装置在二战期间得到了快速发展，在欧美各国的战舰上被广泛的应用。这段时期内的海水淡化装置大部分是属于浸没式多效蒸发装置，直到现在这种装置不论是在陆地还是在舰船上仍被大规模的使用[2]。蒸馏法海水淡化主要是利用水相变为气态，通过气液两项的差别进行盐水分离，并通过蒸发和冷凝的多级运行提高能量利用率，借助蒸发器等设备达到海水淡化的目的。
反渗透海水淡化（SWRO）法起源于20世纪50年代，并于20世纪70年代开始被应用于商业用途，美国DP公司首先推出了由芳香族聚酰胺反渗透膜为核心组件的反渗透海水淡化装置。反渗透海水淡化技术有着显著的技术优势：投资省、能耗低、建设周期短、产水效率高、结构简单紧凑、工作环境好（常温）、易于维修、适应性强、易于自动控制、设备的腐蚀和结垢程度轻。因为这些显著的优势，在20世纪80年代之后，反渗透海水淡化技术得以快速的发展。其后，Filmtcc公司研发出了性能优异的FT30复合膜，与此同时一类具有高脱盐率的全芳香族聚酰胺复合反渗透膜开始进行工业化生产并大规模的进入市场[3]。经过50多年的发展，反渗透海水淡化技术不论是在陆地还是在舰船上都已经被大规模的应用。目前其装机容量在全球海水淡化总装机容量中占主导地位，已经成为最成功的海水淡化技术[4]。
目 录
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 船用海水淡化技术的研究进展 1
1.3 反渗透膜法与电容法海水淡化技术分析 3
1.3.1反渗透膜法海水淡化技术分析 3
1.3.1.1 反渗透膜法脱盐原理 3
1.3.1.2 反渗透膜法的技术优势与不足 3
1.3.2 电容法海水淡化技术分析 4
1.3.2.1 电容法脱盐原理 4
1.3.2.2 电容法的技术优势与不足 5
1.4 本文主要研究内容 6
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2章 反渗透膜法海水淡化系统设计 7
2.1 反渗透膜法海水淡化系统工作流程与系统简图 7
2.2 预处理系统设计 7
2.2.1 原水类型与水质分析 7
2.2.2 预防结垢 8
2.2.3 预防胶体和颗粒污堵 8
2.2.4 预防膜生物污染 9
2.2 反渗透膜过滤系统设计 10
2.2.1 膜通量确定 11
2.2.2 反渗透膜元件选型 12
2.2.3 膜元件数量确定 13
2.2.4 压力容器数确定 14
2.2.5 膜组件排列方式确定 14
2.2.6 系统回收率确定 14
2.2.7 陶氏膜设计软件模拟 15
2.2.7.1软件功能介绍 15
2.2.7.2 软件主菜单介绍 16
2.2.7.3 设计参数 17
2.2.7.4 反渗透设计软件使用 18
2.3 高压泵与原水泵选型 19
第3章 电容法海水淡化系统设计 21
3.1 电容法海水淡化系统工作流程与系统简图 21
3.2 CDI组件设计 22
3.2.1 溶液电导率与含盐量的关系 22
3.2.2 电极材料选型与极板尺寸确定 22
3.2.3 离子交换膜选型 24
3.2.4 电极板间电压的确定 25
3.2.5 进水流速的确定 25
3.2.6 CDI组件内部结构的确定 26
3.2.7 其他配件选型 29
3.2.7.1电极基板 29
3.2.7.2 绝缘网 29
3.2.7.3 电极端板 30
3.2.7.4 硅胶垫片 30
3.3 配套仪表 31
第4章 组合系统整体结构与设备清单 32
4.1 组合系统整体结构 32
4.2 设备清单与成本预算 33
结 论 35
致 谢 36
参 考 文 献 37
第1章 绪论
1.1 概述
淡水是船舶航行所必须的基本物质之一，淡水的稳定供给是船舶能够安全、平稳、持久航行以及满足船员日常生活的重要保障。
通常，船舶都设有专用的淡水存储舱。对于短期、或在近海航行的船舶来说，这些存储的淡水当然可以满足船舶日常所需。但是随着我国的商用船和海军舰船不断向大型化、远洋化、现代化方向发展，以及我国对于南海资源的开发，船舶远洋航行的时间更为持久。船舶远离补给基地，如果不能自行产水，远洋船舶则需要储备足够多的淡水，这种情况下必然要增设淡水存储箱，商用货船这就大大减少了载货吨位，使运输能力不能充分利用，也同样对护航舰队和科考勘探船舶的工作造成严重影响。另外，淡水在长期存储中，容易被细菌和微生物污染而变质。在保证运营效益和工作质量的前提下，单靠淡水存储舱无法满足船舶日常的淡水消耗。因此，为了保证远洋船舶航行的续航能力和船员的健康生活，为船舶源源不断地补充淡水，船用海水淡化装置已经成为了船舶必不可少的重要设备之一。研发更加高效的船用海水淡化装置也越来越重要。
1.2 船用海水淡化技术的研究进展
海水淡化就是对海水进行脱盐处理，将海水所含的盐分去除以获取淡水的方法和过程。目前发展较为成熟、应用最为广泛的海水淡化技术是蒸馏法和反渗透法[1]。还有一种新型海水淡化技术——电容去离子技术（CDI），在近十余年得到了快速的发展，在海水淡化领域有着广阔的发展前景。
蒸馏法发展于船用海水淡化技术的发展初期。特别是在19世纪以后，由于蒸汽机的发明和改良，以及当时欧美国家对殖民地的侵略和对航道的探索，蒸馏法得到了快速发展，出现了第一台浸没式蒸发器。这一装置的发明也被认为船用海水淡化技术发展的开始。1852年，欧洲的科学家发明了第一台船用垂直管海水蒸发器。20世纪，出现了多级闪蒸的海水淡化方法，同时机械蒸汽压缩蒸馏法也有了很大的发展，催生了蒸汽压缩式海水淡化装置。并且该装置在二战期间得到了快速发展，在欧美各国的战舰上被广泛的应用。这段时期内的海水淡化装置大部分是属于浸没式多效蒸发装置，直到现在这种装置不论是在陆地还是在舰船上仍被大规模的使用[2]。蒸馏法海水淡化主要是利用水相变为气态，通过气液两项的差别进行盐水分离，并通过蒸发和冷凝的多级运行提高能量利用率，借助蒸发器等设备达到海水淡化的目的。
反渗透海水淡化（SWRO）法起源于20世纪50年代，并于20世纪70年代开始被应用于商业用途，美国DP公司首先推出了由芳香族聚酰胺反渗透膜为核心组件的反渗透海水淡化装置。反渗透海水淡化技术有着显著的技术优势：投资省、能耗低、建设周期短、产水效率高、结构简单紧凑、工作环境好（常温）、易于维修、适应性强、易于自动控制、设备的腐蚀和结垢程度轻。因为这些显著的优势，在20世纪80年代之后，反渗透海水淡化技术得以快速的发展。其后，Filmtcc公司研发出了性能优异的FT30复合膜，与此同时一类具有高脱盐率的全芳香族聚酰胺复合反渗透膜开始进行工业化生产并大规模的进入市场[3]。经过50多年的发展，反渗透海水淡化技术不论是在陆地还是在舰船上都已经被大规模的应用。目前其装机容量在全球海水淡化总装机容量中占主导地位，已经成为最成功的海水淡化技术[4]。
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