真空蒸餾海水淡化的熱力分析

　　隨著船舶業(yè)的發(fā)展，船舶對淡水的需求就越來越大，從陸地上攜帶海水和靠海島之類的補充海水是不現(xiàn)實的，所以迫切需要更好的技術來淡化海水。海水淡化常用的方法^[1]有蒸餾法和膜分離法，還有冷凍法、水合物法、溶劑萃取法、離子交換法等。蒸餾法又分多級閃蒸(MSF)、多效蒸發(fā)(ME)、壓汽蒸餾(VC)和太陽能蒸餾等。蒸餾式海水淡化技術對熱源的要求比較低，在船舶上得到廣泛的應用，但是由于系統(tǒng)本身較復雜，因此研究真空蒸餾式海水淡化的性能，是船舶海水淡化研究的一個重要方面。很多學者對其它的海水淡化過程都進行了熱力計算^[2~5]，本文主要對真空蒸餾處理技術的原理和性能進行分析，并對真空蒸餾處理裝置進行了模擬計算。

1、真空蒸餾式海水淡化技術的原理

　　真空蒸餾式海水淡化裝置一般采用真空蒸餾的原理，即通過噴射泵以維持裝置中90％～94％的真空度，此時對應的海水蒸發(fā)的沸點^[6]僅46℃～36℃，以利用低溫廢熱來進行海水淡化。該裝置的熱源為船舶主機的缸套的冷卻水，屬于廢熱回收利用。一般主機功率為6000 kW 左右的柴油機推動的船舶，每天就可以生產淡水15～18 m3。效率很高。船舶廢熱如：廢熱鍋爐產生的多余的蒸汽，副機缸套水等都有大量的廢熱，所以船舶廢熱具有很廣闊的開發(fā)前景。真空蒸餾處理淡化海水不越要附加其它熱源，因此VDT 技術是船舶淡化海水的重要手段，具有節(jié)能，效率高等優(yōu)點。

2、熱力分析及模型的建立及模擬

　　真空蒸餾處理淡化海水的基本流程如圖1所示。

　　海水經過預熱器，在其中吸收淡水和噴射泵工作蒸汽所放出的熱量，溫度升高，供入海水淡化裝置的冷凝器中作為冷凝海水蒸發(fā)所得到的蒸汽(二次蒸汽)，溫度得到進一步升高，一部分供入海水淡化裝置的蒸發(fā)器中作為供水，另外一部分排出船艙外；供入蒸發(fā)器中的海水在蒸發(fā)器中受工作蒸汽(一次蒸汽)的加熱，溫度升高，達到飽和溫度，開始蒸發(fā)，所得到蒸汽在裝置中上升，經過分離器分離所帶出的淡水，經過預熱器將熱量傳給海水后，進入淡水箱中被儲存；海水淡化置內未蒸發(fā)的海水濃度升高成為濃海水，排出船艙外。

2.1、模型的建立

　　海水淡化過程其實就是一個傳熱傳質過程，根據質量守恒定律和能量守恒定律原理，建立如下的數(shù)學模型。

　　質量平衡方程為：

　　在這個裝置中，能量平衡方程分為蒸發(fā)器能量平衡方程，冷凝器能量平衡方程和預熱器能量平衡方程。

　　蒸發(fā)器能量平衡方程

　　式中：S 為海水中的含鹽量(g/kg)；Sb、Sf 為濃海水和海水濃度(1×10- 6)；Qe 為蒸發(fā)器中換熱量(kJ)；Ae 為蒸發(fā)器換熱面積(m2)；Ue 為蒸發(fā)器換熱系數(shù)(kJ/(m2·℃))；mf，mb，md 分別為海水上水量、濃鹽水排放量和產水量(kg/s)。

　　適用范圍：20℃＜T＜180℃；20000×10- 6＜Sb＜160000×10- 6冷凝器能量平衡方程為：