海水淡化余压能量回收装置的设计毕业论文设计Word下载.docx

1、反渗透海水淡化法是二十世纪六十年代后期发展起来的一项新技术。渗透是一种物理现象，当两种含有不同浓度盐类的水，如用一张只让淡水通过而不让盐分通过的“半透膜”隔开，就会发现含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中，而所含的盐分并不渗透，这样，直到两边含盐浓度相等为止。然而，要完成这一过程需要很长时间，这一过程也称为自然渗透。但如果在含盐量高的水侧，试加一定压力，其结果可以使上述渗透停止，这时的压力称为渗透压力。如果压力再加大，可以使水向相反方向渗透，而盐分剩下。因此，反渗透淡化法，就是在有盐分的水中（如原水），施以比自然渗透压力更大的压力，使渗透向相反方向进行，把原水中的水分子压到膜的另一边

2、，变成洁净的水，从而达到除去水中盐分的目的，这就是反渗透淡化法的原理。反渗透主体设备主要由高压泵、反渗透膜、能量回收三部分组成。在足够高压力的情况下，除水分子外，水中其他矿物质、有机及各种离子几乎都被拒之于膜外，并被高压水流冲出。渗透到另一面的水即是安全、卫生、纯净的水。反渗透法最大的优点是节约能源，生产同等质量的淡水它的能源消耗仅为蒸馏法的140。随着海水淡化技术的发展，反渗透已成为所有海水淡化方法中最具竞争力的脱盐技术之一，因此从1974年以来，世界上的发达国家不约而同地将海水淡化的研究方向转向反渗透法。但其产品水成本与传统的市政供水相比较仍较高。反渗透系统中的能耗约占海水厂总运行费用的7

3、5%，而且随着社会的发展能量成本还在增加，减少系统能耗已成为降低反渗透淡化运行成本的有效方法之一。在淡化系统中，反渗透膜组件排出的浓盐水仍有很高的压力，如能回收这部分能量来增压进料海水，则系统能耗将大幅度降低，为了降低能耗，余压能量回收装置已成为淡化系统中必不可少的关键设备1.2反渗透基本原理反渗透是一种高效节能的膜技术，以压力为驱动力将进料水中的水（溶剂）和离子（或小分子）分离，从而达到纯化和浓缩的目的。反渗透基本原理如图1-1所示。用半透膜分离浓度不同的两个水溶液，稀溶液测得水会自发的通过半透膜流入浓溶液侧，这种现象叫做渗透。如在浓溶液侧施加压力P，则水的自发流动将受到抑制而减慢，当施加的

4、压力达到某一数值时，水通过摸的净流量等于零，出现渗透平衡，浓盐水侧所施加压力称为渗透压II。渗透压的大小取决于溶液的种类、浓度和温度，而与膜本身无关。如在浓溶液侧施加大于渗透压的外压P，就能使水分子透过半透膜向稀溶液侧扩散渗透，上述现象是反渗透的基本原理。在实际操作中，为了提高透过水量，所加的外压一般都达到渗透压差的若干倍。2 海水淡化缸材料的选择2.1 玻璃钢玻璃钢（FRP）亦称作GRP，即现为强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体。以玻璃纤维或其制品作为增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓为玻璃钢。由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃

5、钢、酚醛玻璃钢之称。质轻而硬，不导电，机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。可以代替钢材制造机械零件和汽车、船舶、压力容器外壳等。2.1.1 玻璃钢的力学性能玻璃钢的力学性能突出的一点是比强度高，这是金属材料和其他材料无法比拟的。玻璃钢质轻而高强的性能，来源于较低的树脂密度以及玻璃纤维的高抗伸强度（普通钢材的5倍以上）。玻璃钢的密度随着树脂含量的不同而有所不同。从高树脂含量的玻璃毡制品到低树脂含量的玻璃钢缠绕制品，玻璃钢的密度只有普通碳钢的1415，比铝还轻13左右。复合材料的力学性能具有明显的方向性，这是与金属材料不同的。金属材料，不论在任何方向，强度和弹性模量几乎完全相同。而对于木材、玻璃钢等，

6、沿纤维方向的强度和弹性模量就比垂直于纤维方向上的要高得多。象金属那样强度不随方向变化而变化的材料称为各向同性材料，而像玻璃钢、木材、钢筋混凝土等，它们的强度随方向不同而变化，称它们是各向异性材料。玻璃钢等人造的复合材料还可以人为地变化纤维方向和数量来达到某种特定的强度要求。玻璃钢主要的化学性能就是它有突出的耐腐蚀性。它不仅不会象金属材料那样生锈腐蚀；同时，也不会象木材那样腐烂，而且几乎不被水、油等介质所侵蚀，可以代替不锈钢在化工厂中用来制造贮罐、管道、泵、阀等，不仅使用寿命长，而且不需采取防腐、防锈或防虫蛀等防护措施，减少了维降费用。玻璃钢在耐腐蚀方面的应用是很广泛的，国外一些主要工业国家，玻

7、璃钢用作耐腐制品方面都在13%以上，其用量有逐年增高趋势。国内用量也不少，大都用作金属设备的衬里，以保护金属。玻璃钢的耐腐蚀性，主要取决于树脂，作为玻璃钢用的树脂，其耐腐蚀性是好的，但单纯的用树脂涂覆在金属表面上，会出现较严重的龟裂裂缝，起不到防渗漏和保护金属的作用。在树脂中添加一定量的玻璃纤维后，将树脂中出现较严重龟裂的可能性转化为数量众多的微小裂缝，而这些小裂缝形成一个贯串裂缝的机率是很小的，而相互间还有止裂作用，这样可以阻止化学溶液介质的渗透腐蚀。玻璃钢不仅对多种低浓度的酸、碱、盐介质及溶剂有较好的稳定性，而且有抗大气、海水和微生物作用的良好性能。不过，对于不同的腐蚀性介质，应选择适当的

8、树脂和玻璃纤维及其制品。关于玻璃钢防腐，近几年来应用越来越普遍，显示了防腐投资少，使用寿命长，节约大量不锈钢材等方面的优越性，取得了显著的经济效果。2.1.2 FRP的生产方法基本上分两大类，即湿法接触型和干法加压成型。如按工艺特点来分，有手糊成型、层压成型、RTM法、挤拉法、模压成型、缠绕成型等。手糊成型又包括手糊法、袋压法、喷射法、湿糊低压法和无模手糊法。目前世界上使用最多的成型方法有以下四种。手糊法：主要使用国家有挪威、日本、英国、丹麦等。喷射法：主要使用国家有瑞典、美国、挪威等。模压法：主要使用国家有德国等。RTM法（树脂传递模塑）：主要使用国家有欧美各国、日本。还有：纤维缠绕成型法、

9、拉挤成型法和热压灌成型法等等。我国有90%以上的FRP产品是手糊法生产的，其他有模压法、缠绕法、层压法。日本的手糊法仍占50%。从世界各国来看，手糊法仍占相当比重，说明它仍有生命力。手糊法的特点是用湿态树脂成型，设备简单，费用少，一次能糊10m以上的整体产品。缺点是机械化程度低，生产周期长，质量不稳定。近年来，我国从国外引进了挤拉、喷涂、缠绕等工艺设备，随着FRP工业的发展，新的工艺方法将会不断出现。2.2 不锈钢在众多的工业用途中，不锈钢都能提供今人满意的耐蚀性能。根据使用的经验来看，除机械失效外，不锈钢的腐蚀主要表现在：不锈钢的一种严重的腐蚀形式是局部腐蚀（亦即应力腐蚀开裂、点腐蚀、晶间腐

10、蚀、腐蚀疲劳以及缝隙腐蚀）。这些局部腐蚀所导致的失效事例几乎占失效事例的一半以上。303和303Se 是分别含有硫和硒的易切削不锈钢，用于主要要求易切削和表而光浩度高的场合。303Se不锈钢也用于制作需要热镦的机件，因为在这类条件下，这种不锈钢具有良好的可热加工性。 不锈钢的特点： 表面美观以及使用可能性多样化； 耐腐蚀性能好，比普通钢长久耐用； 耐腐蚀性好； 强度高，因而薄板使用的可能性大； 耐高温氧化及强度高，因此能够抗火灾； 常温加工，即容易塑性加工； 不必表面处理，简便、维护简单； 清洁，光洁度高； 焊接性能好。3 管路的选择3.1管路的概述及要求管路在液压系统中主要用来把各种元件及装

11、置连接起来传输能量。对管路的基本要求是要有足够的强度，能承受系统的最高冲击压力和工作压力，管路与各元件及装置的连接处要密封可靠、不泄露、决不能松动。在系统中的不同部位，应选用不同规格的管径，管路在安装前必须清洗干净，管内不允许有锈蚀、杂质、粉尘、水及其他液体或胶质等其他污物。管路安装要固定结实，布局合理，排列整齐，方便维修和更换元件。管筒规格按外径和壁厚确定。外径定寸管比通径定寸管具有较高的外径尺寸精度和内外表面粗糙度，易于对管子进行弯曲，适合选用各种管接头。这类管子有钢管、铜管和铝管，后两种一般用于低压系统。铜管虽易弯曲与扩口成型，但扩口时易冷作硬化且铜管有易于油液氧化的催化作用。钢管是液压

12、系统的主要用管，其强度高，适合各种液压设备和高压设备。确定管路的内径、壁厚等尺寸时可按下列方法计算。3.2管内油液的推荐流速 对吸油管道取 0.61.3 ms （一般取1ms以下） 对压油管道取 2.57.6 ms （压力高时取大值，反之取小值；管道较长时取小值，反之取大值；油液粘度大时取小值，反之取大值）。 对短管及局部收缩处，可取 v=57.62 ms。 对回油管道，可取 1.74.5 ms。 对管内流速也可按照表3-1选取表3-1液压系统管路推荐流速吸油管压油管回油管流速（ms）运动粘度流速（ms）压力MPa1500.62.52.531.74.51000.755.03.54501.210

13、4.55301.3205667.6海水淡化系统的工作压力为10MPa，但在活塞杆进入缓冲时压力会达到19.17MPa，因此根据表3-1选取海水淡化系统的海水流速为7.6ms。3.3管子的内径的计算管子内径的计算公式为 （3-1）式中 d-管子内径（mm）。 q-海水的流量（Lmm）。 v-管内海水的流速，可按推荐流速选取，见表3-1。.根据式3-1可得 管道的内径为 =29.65 mm为方便加工，将其圆整为整数，选取管道的内径为30mm。3.4 管子壁厚的计算管子壁厚的计算公式为 （3-2）式中 t管子壁厚（mm）。 p-工作压力（MPa）。 d-管子内经 （mm）。 -许用应力（MPa），对于钢管。 -抗拉强度 （MPa）。 n-安全系数。（当压力p17.5MPa时，取n=4）。由式3-2得管道的壁厚为=1.91 mm将其圆整为整数，选取壁厚为2mm。3.5 管道的安装布置应注意的问题管子长度要短，管径要合适，流速过高会损失能量。固定两点之间的硬管连接，应避免紧拉直管，要有一个松弯部分，这不仅便于装卸，且也不会因为热胀冷缩，造成严重的拉应力。管子的弯管半径应尽可能大，其最小弯管半径应为管外径的2.5倍。参考表3-2管子最小弯曲半径。管端处不宜有弯管半径，应当留出部分直管，其距离为管接