真空技術在海水淡化領域的應用現狀與發展趨勢

2015-10-03 王德喜 沈陽工業大學化工裝備學院

  海水淡化技術發展前景廣泛。海水淡化的理論、工藝方法、設備研究都是需要深入研究的課題。本文主要綜述真空技術在海水淡化領域里的應用、現狀和發展方向,討論大規模從海水生產淡水的有關問題。

  研究海水淡化的意義與海水淡化方法的分類

  陸地上一切生物的生存和發展都離不開淡水,然而,當今淡水資源短缺,這是影響人類生存、社會發展的重要問題。遠洋航船、軍隊戰艦、

  海洋資源考察、孤島上人類和生物的生存都離不開淡水。從陸地上攜帶、運輸淡水是一件不容易的事情,有時是不可能的,而海水資源豐富,取材方便,在用水當地直接使海水淡化,既經濟又實用。特別是當今我國正在發展海軍航海、遠洋考察等事業,需要大量的淡水。因此,海水淡化成為當今研究應用的熱門方向,急需從科研走向大規模生產。

  隨著我國船舶業的發展,船舶對淡水的需求量越來越多,特別像航母這樣大型長期運行在海上的戰船,從陸地上攜帶大量淡水幾乎不可能,靠海島補充淡水也不現實。因此,海水淡化處理技術的應用是很必要的。

  目前,從海水或苦咸水獲得淡水的主要方法有:電滲析法、蒸發法、多效蒸餾法、真空蒸餾法、反滲透法、膜蒸餾等。膜蒸餾是一種新型的膜分離技術,在跨膜壓差推動下,溶液中的易揮發組分在膜表面氣化并傳遞通過疏水多孔膜。根據冷凝側蒸汽冷凝方式或排除方式的不同,膜蒸餾過程可以分為直接接觸式(DC-MD)、氣隙式(AGMG)、氣體吹掃式(SGMD)和真空式(VMD)4種操作方式。真空膜蒸餾(VMD)技術以其獨特的優點,有望廣泛應用于海水淡化、苦咸水淡化、水溶液處理、溶液濃縮以及環境保護等領域。海水淡化研究的方向主要有理論、工藝方法和設備等。需要解決的關鍵問題是提高生產效率、降低生產成本;提高淡水產量、簡化生產設備;提高淡水質量、簡化生產工藝。

  真空蒸餾處理海水技術(VDT)的研究現狀

  真空蒸餾海水淡化技術原理與工藝流程

  真空蒸餾海水淡化原理

  真空蒸餾式海水淡化裝置一般采用真空蒸餾的原理,即通過能抽水蒸氣的真空泵,來維持裝置中90%~94%的真空度,此時對應的海水蒸發的沸點僅46℃~36℃,以利用低溫廢熱來進行海水蒸餾淡化。例如,海水淡化的熱源可以用船舶主機缸套的冷卻水,屬于廢熱回收利用。一般主機功率為6000kW 左右的柴油機推動的船舶,每天就可以生產淡水15~18m3。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前景。真空蒸餾處理淡化海水不需要附加其它熱源,因此VDT 技術是船舶淡化海水的重要手段,具有節能、效率高等優點。

  真空蒸餾淡化海水技術的工藝流程

  真空蒸餾處理淡化海水的基本流程如圖1所示。

真空蒸餾淡化海水的流程圖

圖1 真空蒸餾淡化海水的流程圖

  海水經過預熱器,在其中吸收淡水和噴射真空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冷凝海水蒸發所得到的蒸汽(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器中作為供水,另外一部分排出船艙外;供入蒸發器中的海水在蒸發器中受工作蒸汽(一次蒸汽)的加熱,溫度升高,達到飽和溫度,開始蒸發,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;海水淡化裝置內未蒸發的海水濃度升高成為濃海水,排出船艙外。