全玻璃真空管MVC蒸发冷凝器设计

论文总字数：26512字

摘 要

本文提供了一种全玻璃真空管机械压汽蒸馏井水淡化装置冷凝蒸发器的设计模型。由高硼硅特硬玻璃管材制成的全玻璃真空管，内外管层之间是高真空夹层，并且具有高透光性。机械压汽蒸馏简称为MVC，是一种由机械能驱动的热蒸馏地下水淡化技术。本研究包括：（1）描述该装置的具体运行过程；（2）通过质量和能量方程建立热力循环模型，根据原料水盐度、日产淡水需求量对横管换热器进行构造设计，从而根据冷凝蒸发器规模确定模块用量；（3）通过设定不同的冷凝蒸发器进口处原料水温度、冷凝蒸发器中的蒸发温度与冷凝温度，并对不同的各主要独立参数分别进行分析、计算、建立系统的第一定律数学模型等，得到了各参数对符合一定条件下的系统所需模块用量的影响规律；（4）对捕沫器、抽不凝气体装置进行选型；（5）对冷凝蒸发器的工作过程进行仿真模拟；（6）对冷凝蒸发器进行性能评价，合理分析该横管换热器的优势并提出新的展望。结果表明：新型系统可有效利用太阳能并减少能量耗散，从而降低能耗，并且可有效解决腐蚀、结垢问题；最佳工况下的换热器蒸发温度为60℃，冷凝温度为64℃，蒸发温度与原料水进口温度的最佳温差为2℃。

关键词：井水淡化；机械压汽蒸馏；全玻璃真空管；横管蒸发

Design of Evaporative Condenser for Desalination Device of All-glass Vacuum Tube MVC Well

03014307 WangShan

Supervised by KuangRao

Abstract: This article provides a design model for condensing evaporator of all-glass vacuum tube mechanical pressure steam distillation well water desalination device. The all-glass vacuum tube is made of a high transmittance borosilicate hard glass tube with a high vacuum sandwich between the inner and outer tubes. Mechanical vapor distillation, abbreviated as MVC, is a hot distilled groundwater desalination technology driven by mechanical energy. This study includes: (1) Describe the specific operating process of the device; (2) Establish a thermodynamic cycle model based on the mass and energy equations, and design the cross-tube heat exchanger based on the water salinity of raw materials and the freshwater demand of Nissan. The condensing evaporator scale determines the amount of the module; (3) By setting the raw water temperature at the inlet of the condensing evaporator, evaporating temperature and condensing temperature in the condensing evaporator, and analyzing and calculating the different main independent parameters respectively. Established the system's first law mathematical model, etc., and obtained the influence rule of each parameter on the amount of module required for the system under certain conditions; (4) Selecting the type of device for the frothing and non-condensing gases; (5) The working process of the condensing evaporator is simulated; (6) Performance evaluation of condensing evaporators, reasonable analysis of the advantages of the cross-tube heat exchanger and put forward to a new outlook. The results show that the new system can effectively use solar energy and reduce energy dissipation, thus reducing energy consumption, and can effectively solve the problem of corrosion and fouling; under the optimum working conditions, the heat exchanger evaporating temperature is 60°C, the condensing temperature is 64°C, and evaporation occurs. The optimum temperature difference between the temperature and the feed water inlet temperature is 2°C.

Key words: Desalination; Mechanical vapor compression; All-glass vacuum tube; Horizontal tube evaporation

目录

1.绪论 6

1.1研究背景 6

1.2地下水 7

1.2.1地下水的基本概况 7

1.2.2地下水源水处理研究综述 8

1.3国内外研究现状 9

1.4本课题的主要研究内容和创新性 9

2.机械压汽蒸馏井水淡化系统的性能分析 11

2.1系统的工作过程描述 11

2.2系统的热力模型分析 12

2.2.1预热器 12

2.2.2冷凝蒸发器 12

2.2.3压缩机 12

2.3全玻璃真空管优势分析 13

2.3.1耐腐蚀 13

2.3.2成本较低 13

2.3.3有效降低能耗 13

2.3.4抑制结垢 14

3.冷凝蒸发器的模块化设计 15

3.1初始参数的确定 15

3.1.1原料水、浓盐水盐度的确定 15

3.1.2产出淡水流量的确定 15

3.2冷凝蒸发器的设计计算 15

3.2.1冷凝蒸发器设计原则 15

3.2.2物料平衡与流量计算 16

3.2.3能量守恒与管程、壳程的换热计算 16

3.3运行工况的确定及性能优化 17

3.3.1原料水进口温度对模块用量的影响 17

3.3.2蒸发温度对模块用量的影响 18

3.3.3冷凝温度对模块用量的影响 18

3.4列管数与管子排列方式 19

3.5装置选型 20

3.5.1汽液分离器及捕沫器装置选型 20

3.5.2抽不凝性气体装置选型与设计 21

4.两相流冷凝蒸发模拟 23

4.1模型构造与处理 23

4.1.1几何模型 23

4.1.2网格模型 23

4.1.3流体力学控制方程 24

4.1.4物理模型 25

4.1.5边界条件 26

4.1.6两相流设置 26

4.1.7后处理 28

4.2云图与分析 29

5.总结 32

致谢 33

参考文献 34

全玻璃真空管MVC井水淡化装置冷凝蒸发器设计

1. 绪论

1.1研究背景

众所周知，全世界的淡水资源已经越来越少，水资源短缺会造成许多严重的问题，对人类的生命健康安全造成严重的危害。就拿国内而言，在北方许多干旱半干旱地区的农村，农民的饮用水问题极其严峻，不仅仅是饮水困难，还有饮水安全、水质不达标等问题也层出不穷，在这种情况下，提供足够量的合格的淡水已经成为了极富挑战性的工作。

事实上，水资源主要利用在以下三个方面：

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