热法海水淡化20100419

低温多效海水淡化低温多效海水淡化工艺计算工艺计算解利昕解昕天津大学化工学院2010年4月2010-4-19海水性质低温多效海水淡化设计计算设计计算10000t/d纯MED工艺计算（4效平流）10000t/d热压缩MED工艺计算10000t/d热压缩MED工艺计算（4效平流）（效平流）热压缩MED工艺计算（效平流）（6效平流）一、海水性质、海水性质水的分类（按含盐量）饮用水：＜500mg/lofTDS.海水中主要盐分含量盐千克海水中克数百分比（%）氯化钠氯化钠27.277.7氯化镁3.810.9硫酸镁1.74.9硫酸钙1.23.4硫酸钙硫酸钾0.92.5溴化镁及其他0206溴化镁及其他0.20.6总计35.0100海水组成海水组成组分浓度（mg/l）组分的基本存在形式Cl19000Cl-Cl19000ClNa10500Na+SO42700SO42-SO42700SO4Mg1350Mg2+Ca410Ca2+Ca410CaK390K+HCO-142HCO-HCOCO2-HCO3142HCO3,H2CO3,CO32Br67Br-Sr8Sr2+Sr8Sr2+SiO26.4H4SiO4(aq),H3SiO4-B45HBO(aq)HBO3B4.5H3BO3(aq),H2BO3-F1.3F-Marcet原则Marcet原则—组成相对恒定性1819年Marcet由北冰洋、大西洋、地中海、黑海波罗的海中国海和白令海等处的海水分黑海、波罗的海、中国海和白令海等处的海水分析结果中，归纳出一条结论：尽管海水的总盐度或盐度是可变的但主要成分的比值几乎是恒定或盐度是可变的，但主要成分的比值几乎是恒定的。海水中的一些成分，尤其是海水中同生命循环有关的组分，诸如硝酸盐，磷酸盐，溶解氧等，比值往往有较大的波动。海水性质海水性质密度与比重密度：单位体积海水的质量单位：g/cm3密度：单位体积海水的质量。单位：g/cm比重：在任一温度下海水密度与4℃纯水的密度之比密度之比。海水的密度随温度和盐度的变化而有显著的海水的密度随温度和盐度的变化而有显著的变化，压力对密度的影响较小，一般不加考虑虑。海水密度表（g/cm3）海水密度表（g/cm3）密度海水含盐量(‰)温度(℃)纯水1020304050-20.999691.007921.016051.024151.028211.0323300.999871.008011.016071.024101.028131.0322250.999991.007961.015861.023741.027701.03172100.999731.007561.015331.023081.026981.03093150.999151.006841.014501.022151.025991.02990200.998231.005851.013421.020981.024781.02865250.997081.004611.012111.019591.023361.02720300.995681.003141.010571.018001.021751.02555350.994741.002161.009551.016961.020691.02448海海水的密密度度比热比热定义：使1g海水温度升高1℃所需的热量，单位为卡/克·度。海水的比热随盐度的增加而降低。海水的比热随盐度的增加而降低。温度和压力对海水比热的影响和对纯水的影响相似海水的比热随温度的升高而降影响相似。海水的比热随温度的升高而降低。海水的热容C（Kcal/kg·℃）海水的热容Cp（Kcal/kg·℃）浓度（%）温度(℃)0234681012温度(℃)0234681012101.00190.97310.95960.94670.92250.90060.88100.8640200999509731096060948609257090440884808670200.99950.97310.96060.94860.92570.90440.88480.8670300.99870.97370.96180.95030.92820.90740.88790.8697400998709744096290951609300090940889908716400.99870.97440.96290.95160.93000.90940.88990.8716500.99920.97520.96380.95270.93130.91080.89130.8729601000109762096480953809324091200892508739601.00010.97620.96480.95380.93240.91200.89250.8739701.00130.97740.96600.95500.93360.91320.89360.8750801003009789096760956509351091460895008762801.00300.97890.96760.95650.93510.91460.89500.8762901.00510.98080.96940.95820.93670.91620.89640.87761001.00760.98310.97150.96030.93870.91790.89810.87911001.00760.98310.97150.96030.93870.91790.89810.87911101.01070.98580.97410.96280.94080.91990.89980.8806海海水水的比热热比热Cp=(A+BT+CT2+DT3)×10-3A=4206866197S+12288×10-2S2A=4206.8-6.6197S+1.2288×102S2B=-1.1262+5.41788×10-3S-2.2719×10-4S2C=1.2026×10-2-5.3566×10-4S+1.8906×10-6S2D=6.8777×10-7+1.517×10-6S-4.4268×10-9S2Cp:kJ/kg℃;T:℃;S(含盐量):g/kgCp:kJ/kg.℃;T:℃;S(含盐量):g/kg适用范围20≤S≤16020℃≤T≤180℃适用范围：20≤S≤16020℃≤T≤180℃蒸发潜热△H=2501.897149-2.40764037×T+1192217×10-3×T2115863×10-5×T31.192217×103×T2-1.15863×105×T3T:℃△H:kJ/kg△H:kJ/kg适用范围：5-200℃适用范围：5-200℃蒸发潜热蒸发潜热沸沸点上上升升沸点升高BPE=Ay+By2+Cy3A=8.25431×10-2+1.883×10-4T+4.02×10-6T2B=-7.625×10-4+9.02×10-5T-5.2×10-7T2C=1522×10-4-3×10-6T-3×10-8T2C=1.522×10-3×10T-3×10TT:℃y:%适用范围：1%≤y≤16%10℃≤T≤180℃渗透压渗透压海水渗透压海水的渗透压主要取决于其中的含盐量，含盐量越越海水渗透压越大，渗透压越大。海水的渗透压与氯度Cl‰（Chlorinity）及温度的验关系式为经验关系式为：∏=101.3（1.240+0.00454t)Cl式中∏--渗透压，Pa；t–温度，℃；Cl–Cl‰盐度与氯度的关系：S‰=0030+18050×Cl‰S‰0.030+1.8050×Cl‰盐度为35‰的大洋海水在0℃时的海水渗透压为：∏=2437kPa∏=2437kPa海海水渗渗透压压海水中溶解气体气体CO2N2O2Ar含量mg/l102.512.828.050.479在含盐量少的海水中还含有硫化氢。在流动性小并有腐烂生物躯体的情况下，含有甲烷等气体。烷等气体海水中CO海水中CO2溶解在海水中的CO主要以碳酸根及碳酸氢根的溶解在海水中的CO2，主要以碳酸根及碳酸氢根的离子形式存在，需加入强酸方可去除。一定条件下，保持下列平衡关系：保持下列平衡关系：CO2+H2OH2CO3H++HCO32H++CO32-海水中CO2与pH值紧密相关。海水的pH值范围约在7584之间当海水中的CO与海水的pH值范围约在7.5-8.4之间，当海水中的CO2与大气中的CO2平衡时，pH值8.1-8.3之间二二氧化化碳在在海水水中的的溶解解度氮气气在海海水水中的的溶解解度海海水中中的溶溶解氧氧量二低温多效海水淡化二、低温多效海水淡化蒸馏法海水淡化技术蒸馏法海水淡化技术蒸馏法海水淡化技术：蒸馏法海水淡化技术：利用热水或蒸汽作为热源，蒸发海水，收集冷凝水（蒸馏水）生产纯水的过程。淡化过程发生气液相变化淡化过程发生气-液相变化蒸馏法优势蒸馏法优势技术成熟，适合于大规模建厂受原海水水质限制较小淡化水纯度高利用余热或低品热能，较为经济蒸多效蒸发蒸馏淡MED淡化技蒸馏技术种蒸馏种类淡化压汽蒸馏多级闪蒸压汽蒸馏VC多级闪蒸MSF多效蒸发海水淡化技术多效蒸发海水淡化技术加热后的海水经多个蒸发器串联运行的蒸发过程。加热后的海水经多个蒸发器串联运行前一效蒸发的二次蒸汽作为下一效运行，前效蒸发的二次蒸汽作为下效的加热蒸汽，并冷凝成为淡水。多效蒸发原理示意图多效蒸发原理示意图单管蒸发冷凝原理单管蒸发冷凝原理多效蒸发工艺原理多效蒸发工艺原理多效蒸发的特点多效蒸发的特点多效蒸发的换热过程是沸腾和冷凝传热，是相变传多效蒸发的换热过程是沸腾和冷凝传热是相变传热，因此传热系数很高。用于海水，当材质为黄铜时，光滑管的传热系数可达3000-3850W/m2.k，而强时光滑管的传热系数可达/而强化传热表面双沟槽管可以达到7200-10300W/m2.k。多效蒸发通常是一次通过式的蒸发，因此动力消耗多效蒸发通常是次通过式的蒸发，因此动力消耗较少。竖直管降膜蒸发生产消耗电力2.5kW.h/m3左右。右。多效蒸发的浓缩比可以提高，因此制造每吨淡水所需要的原料水可以减少需要的原料水可以减少。多效蒸发的弹性很大，负荷范围从100%变化到25%。多效蒸发的分类多效蒸发的分类平流指各效都单独平行加料，不过加热蒸气除第一效外，其余各效皆用的是二次蒸气其余各效皆用的是二次蒸气。适用于容易结晶的物料。如制盐，一经加热蒸发，很快达到饱和状态结晶析出所以没有必要从第顺流很快达到饱和状态，结晶析出，所以没有必要从第一效将母液在转移到另一效。•指料液和加热蒸汽都是按第一效第二效到第三效的次序前进由于多效的真空度依次增大即绝对压力依次•由于多效的真空度依次增大，即绝对压力依次降低，料液在各效之间的输送不必用泵，而是靠两效之间的压差自然留到后面各效•指进料流动的路线和加热蒸气的流动方向相反。原料从真空度最高的末效进入系统，逐步向前逆流•由于温度依次降低，故料液从前一效通过后一效时就会有过热现象，发生闪蒸，可以产生蒸气即产生一些淡水各效流动，浓度越来越高。•由于前面各效的压力比较高，所以两邻效之间要用泵输送气，即产生些淡水要用泵输送。•前面各效的温度越来越高，料液往前面一效送入时，不仅没有闪蒸，而且要经过一段预热过入时，不仅没有闪蒸，而且要经过段预热过程，才能达到沸腾。低温多效的操作范围低温多效的操作范围基本术语基本术语造水比造水比-GORGOR–GainOutputRatio，每kg加热蒸气所GORGainOutputRatio，每kg加热蒸气所生产的淡水kg(kg产品/kg加热蒸气)浓缩比浓缩比浓排水浓度（总固溶物TDS）与补给海水浓浓排水浓度总固溶物与补给海水浓度之比（TDS）蒸气喷射泵特性蒸气喷射泵特性抽吸吸比温度温度热压缩装置造水比热压缩装置造水比造造水比抽吸位置单效蒸发系统单效蒸发系统蒸汽加热蒸汽蒸汽Md,Tc海水Mf,Tf加热蒸汽Ms,Ts进料和冷却海水盐水Mb,Tb海水进料和冷却海水Mf+Mcw,Tf冷凝蒸汽MTMcw,Tf蒸馏产品Ms,TsMd,Td单效蒸发过程蒸发器和冷凝器温度曲线单效蒸发过程蒸发器和冷凝器