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兩級機械蒸汽再壓縮系統

添加時間:2019/03/22 所屬欄目:明升体育明升体育
從能量的有效利用和保持系統熱量平衡角度出發aaaa,研究了系統內的蒸汽平衡和抽氣規律aaaa;根據物料物性特點和實際工藝需要aaaa,對硫酸鎂溶液蒸發濃縮的兩級 MVR 系統進行了優化設計aaa。
  以下爲本篇論文正文:

摘 要

單級機械蒸汽再壓縮系統廣泛應用於各種蒸發濃縮領域aaaa,是一種有效的節能方式aaa。 對於沸點低aaaa,蒸發量大的材料aaaaa,它具有良好的適用性和節能性aaaaa。 當材料的沸點升高時aaaaa,蒸汽壓縮機的能量消耗顯着增加aaa,導致單級系統的能量效率顯着降低aaa。 爲了有效地解決上述問題aaaaa,本文設計了一種兩級機械蒸汽再壓縮系統aaaa,其中硫酸鎂溶液具有較大的沸點溫升aaa。第一級蒸發器首先使用具有較低初始濃度和較低沸點溫度升高的溶液aaaa。預蒸發aaaaa,二級蒸發器繼續蒸發至飽和aaaa,在蒸發濃縮過程中實現進一步的節能aaaaa。 本文主要包括以下研究內容:

(1)垂直管降膜蒸發器傳熱傳質過程的數值模擬研究aaaaa。 以垂直管中硫酸鎂溶液的降膜蒸發過程爲研究對象aaaaa,考慮傳質過程中傳熱的影響因素aaa,兩級系統中垂直管降膜蒸發器的傳熱傳質aaaa。研究;在傳熱傳質過程複雜的基礎上aaa,採用數值解法求解管內液膜蒸發的溫度場和濃度場分佈aaaa。 分析了壁溫aaaa,入口溶液濃度和入口溶液流速對傳熱性能的影響aaaa。

(2)MVR水蒸氣壓縮機的熱特性和蒸汽平衡研究aaaaa。 比較分析了R245fa工質和蒸汽對MVR系統不同工況下壓縮機結構設計和能耗的影響aaaaa,提出了一種適合低溫蒸發的熱泵蒸發系統;構建MVR壓縮機能耗分析的數學模型;在分析物理性質的基礎上aaa,研究了MVR系統的熱平衡和蒸汽平衡aaaaa。得到了蒸發壓力aaaa,傳熱溫差aaaaa,出料濃度和注入飽和水對泵送體積的影響aaaaa。

(3)兩級機械蒸汽再壓縮系統的數學建模aaaaa。 通過分析硫酸鎂溶液蒸發濃縮和結晶過程的實際工藝要求aaaa,建立了兩級MVR系統的工藝流程aaaaa。在熱力學分析的基礎上aaaaa,建立了兩級MVR系統的熱模型和各熱交換器的傳熱計算模型aaaaa。二次強制循環泵的能耗不可忽視aaaa,建立了循環泵能耗的數學模型aaaaa。

(4)兩級機械蒸汽再壓縮系統的優化設計aaaaa。 通過分析熱模型aaaa,選擇六個關鍵參數aaaa,如主蒸發器中的蒸發壓力和主蒸發器出口溶液在實際工作條件下的濃度作爲優化變量aaaaa。考慮到系統的節能和經濟性aaaaa,選擇系統的年度總成本aaa。作爲優化目標函數aaa,採用遺傳算法優化兩級MVR系統aaa,最小年總成本值爲122萬元/年aaaa。

關鍵詞:兩級MVR系統;降膜蒸發; MVR壓縮機;遺傳算法

Abstract

(1)垂直管降膜蒸發器傳熱傳質過程的數值模擬aaaaa。以垂直管中MgSO4溶液的降膜蒸發工藝爲研究對象aaa。考慮了質量傳熱的影響因素傳熱傳質過程aaaa,數值解決方案用於解決管內液膜的溫度場和濃度場分佈aaaa。本文分析了壁溫aaaaa,傳熱管長度aaa,進口溶液濃度對傳熱性能的影響aaa。

(2)研究水蒸氣壓縮機的熱力學特性和蒸汽平衡aaa。通過比較分析R245fa和蒸汽對MVR系統不同工況下結構設計和能耗的影響aaaaa,提出了一種適用於低功率溫度的熱泵系統aaaaa。出口濃度和注入飽和水量aaa。

(3)兩級機械蒸汽再壓縮系統的數學模型aaaa。通過分析MgSO4蒸發aaaa,濃縮和結晶過程的實際需求aaa,建立了兩級MVR系統工藝aaa。在熱力學分析的基礎上aaaa,本文假設了一個兩階段MVR系統熱模型和每個傳熱計算模型aaa。二次強制循環泵的能耗不容忽視aaaaa,建立了泵的數學模型aaaaa。

(4)兩級MVR系統的優化設計aaaaa。通過分析熱模型aaa,選擇六個關鍵參數aaaa,如第一級蒸發器中的蒸發壓力和實際工況下第一級蒸發器出口溶液的濃度aaaaa。考慮到節能aaa,選擇系統的年度總成本aaaaa。和經濟的系統aaaaa。兩階段MVR系統將通過遺傳算法進行優化aaaa,每年最低總成本爲122.2萬元aaaa。

關鍵詞:兩級MVR系統aaaa,降膜蒸發aaa,MVR壓縮機aaaaa,遺傳算法

生態文明建設是國家可持續發展的長期計劃aaaaa。國家堅持將節約能源和環境保護作爲國家的基本政策之一aaaa。 自2013年3月1日起aaa,火電aaaa,化工aaaaa,燃煤鍋爐等六大行業[1]已納入排放限制行業aaaa。與此同時aaaa,隨着國內煤炭aaaaa,石油等傳統能源價格的不斷上漲aaa,工業企業生產成本壓力急劇增加aaa。 加強能耗管理aaaa,促進生產技術和設備創新是工業企業克服發展瓶頸aaaaa,實現國家節能減排目標的必由之路aaa。

蒸發和濃縮[2]是工業生產中常用的化學處理工藝aaaaa,常用於化學工業aaaa,紡織印染aaaaa,食品和醫藥aaaa,海水淡化aaa,廢水處理和其他生產過程aaaa。 在實際生產中aaaa,通常使用水溶液作爲蒸發目標aaa,並且使用飽和蒸汽作爲加熱熱源aaaaa。 從溶液中蒸發的“二次蒸汽”是低壓蒸汽aaaaa,沒有氣體條件aaaa。 因此aaaa,這部分二次蒸汽直接排放到大氣中aaaaa,或由冷卻系統冷凝或用於某些低壓蒸汽設備aaaa,造成污染和能源浪費aaaa。 爲了節省蒸汽消耗並降低生產成本aaaaa,目前在蒸發和濃縮領域有三項改進:傳統的多效蒸發(MEE)aaaaa,熱蒸汽再壓縮(4R)(4)(熱蒸汽再壓縮aaaa,TVR) aaaa,機械蒸汽再壓縮[5-8](機械蒸汽再壓縮aaaa,MVR)aaaa。 多效蒸發過程需要外部熱源提供的熱量aaaaa。加熱的材料用於提供由電流效應的蒸發產生的二次蒸汽aaa,以便爲下一次蒸發提供熱量aaa,然後通過冷卻塔等產生冷卻水以冷卻二次蒸發aaaa。蒸汽aaa。 熱蒸汽再壓縮增加了基於傳統工藝的噴射泵aaa,其採用部分外部蒸汽注入由材料產生的部分二次蒸汽aaaa。所有蒸汽在噴射泵中被加熱和增壓aaaaa,作爲材料加熱的熱源aaaa。

與單效蒸發工藝相比aaaaa,二次蒸汽的潛熱可以重複使用aaa,從而降低了蒸發過程每單位蒸發所需的蒸汽消耗aaa,但多效蒸發過程的經濟效率無法通過經濟和技術條件aaa。無休止的增加aaaa。 熱蒸汽再壓縮使用噴射泵有效地利用部分二級蒸汽的潛熱aaaaa,與多效過程相比aaa,這進一步節省了產生的蒸汽量aaaa。通常aaaaa,這些方法都沒有充分利用二次蒸汽的潛熱aaaa,並且兩者都消耗更多的冷卻水用於剩餘的二次蒸汽的冷凝aaaa。

在該項目中研究的MVR系統使用蒸汽壓縮機來壓縮二次蒸汽以在蒸汽的價格比適當時加熱材料aaaaa。最初浪費的第二蒸汽潛熱被充分利用aaaaa,這比前兩個過程更強大aaaa。限制蒸汽和冷卻水的消耗是未來蒸發和濃縮領域的必然趨勢aaaaa。

與傳統的蒸發濃縮技術相比aaaaa,MVR技術具有以下優點:

(1)節能型MVR技術蒸發器中需要冷卻水冷凝的二次蒸汽被壓縮機壓縮爲新熱源aaaa,節省了原蒸汽和冷卻水的使用aaa,單位能耗低aaaaa,和多效蒸發aaaaa。與該工藝相比aaaaa,蒸發了1千克水aaaa,MVR系統僅消耗了多效蒸發系統的9%[9]aaaaa。

(2)經濟MVR系統除了在啓動和補給操作期間損失的熱量外aaaa,不需要蒸汽aaaa。 同時aaaaa,爲了冷卻伴隨抽真空的部分蒸汽aaa,需要較小的冷卻水系統aaa。 因此aaaaa,在生產過程中僅消耗電力aaaaa,並且操作成本小於傳統的蒸發過程aaaaa。 以15t/h氨基酸發酵液的蒸發濃度爲例aaaa,比較了機械蒸汽再壓縮過程和三效蒸發過程aaaaa。 結果表明aaa,傳統的三效蒸發器每年蒸汽消耗900萬元aaaaa,循環水消耗50萬元aaaa,MVR蒸發器耗電量150萬元aaaaa,年運行成本可節省800萬元aaa。 [10]aaaa。

(3)技術優勢機械蒸汽再壓縮系統傳熱溫差小aaaa,蒸發過程溫和aaaaa,物料產品在蒸發器中停留時間短aaaaa,操作簡單aaaa,可根據工況調節負荷aaa,運行成本低aaa,自動運行aaaa。

MVR技術因其諸多優勢和近年來加快節能減排進程的積極倡導而在中國受到越來越多的關注aaaaa。雖然現有項目已經開始應用aaaa,但不同材料的明升体育會有所不同aaa,例如水蒸氣壓縮aaaa。機器的研究和開發以及明升体育的優化仍然困擾着研究人員aaaaa。本課題是研究製備硫酸鎂七水合物晶體的蒸發濃縮過程aaaaa。 硫酸鎂七水合物主要用於製造肥料aaa,皮革aaa,印染aaaaa,塑料aaa,瓷器aaaaa,火柴和防火材料aaa。 除了傳統的工業鹽生產工藝外aaaa,在煙氣脫硫技術領域aaaa,鎂煙氣脫硫工藝在中國逐步興起aaaaa,副產品主要是亞硫酸鎂和硫酸鎂aaaaa,可用作通過回收肥料aaaa。而建築材料提高了鎂脫硫技術的經濟性[11]aaa。 因此aaa,將MVR技術應用於硫酸鎂七水合物晶體的生產過程可以產生更好的經濟和環境效益aaaa。

目前aaa,市場上出現的硫酸鎂溶液的蒸發濃縮技術仍以多效蒸發技術爲主aaaaa,MVR技術尚未普及aaa。它證明了使用MVR技術的許多技術難題尚未得到克服aaa。 考慮到硫酸鎂溶液沸點的高物理性質aaaa,考慮到單級MVR系統應用於沸點溫升較高的材料aaa,壓縮機的能耗將顯着增加aaaa。結合技術和經濟考慮aaaaa,將研究兩階段機械aaaa。採用蒸汽再壓縮技術在硫酸溶液的蒸發和濃縮及結晶過程中aaaaa。

當機械蒸汽再壓縮技術首次出現時aaa,由於能量供應充足且水蒸氣壓縮機的製造過程沒有得到改善aaa,該技術尚未得到充分發揮aaaa。 20世紀70年代aaaaa,由於能源需求增加與供應不足之間的矛盾aaaa,能源價格迅速上漲aaaa。 MVR技術逐漸得到各國研究人員的重新認可和關注aaa,併成功應用於蒸發作業[12]aaaa。 如今aaaaa,該技術已廣泛應用於食品飲料行業(蒸發牛奶aaaa,果汁aaaaa,蔗糖溶液)aaaaa,環保化學工業(廢水蒸發)等領域aaa。 在中國aaaa,1989年aaaa,四川省自貢市的自貢壩化工廠首次引入了MVR裝置[13]aaaaa。從那時起aaa,越來越多的研究人員開始關注這項技術aaaa,而MVR技術已逐漸在中國各個領域出現aaa。

目前aaaa,MVR技術的研究方向主要集中在蒸發器aaa,蒸汽壓縮機aaaaa,系統工藝流程aaa,系統結構優化設計等方面aaaaa。

MVR系統的關鍵部件是壓縮機和蒸發器aaa。對於不同的材料aaaa,不同的材料特性aaa,工藝要求aaaa,例如蒸發溫度aaaa,壓力和加工體積aaaaa,將導致不同的壓縮機和蒸發器形式和性能aaaa。 國內外研究主要集中在蒸發器的傳熱傳質特性和壓縮機的熱力學特性研究上aaaa。

兩級機械蒸汽再壓縮系統:

兩級 MVR 系統原理圖 兩級MVR系統原理圖

兩級 MVR 系統原理簡圖 兩級MVR系統的示意圖

豎管降膜蒸發器結構示意圖 垂直管降膜蒸發器示意圖

目錄

第1章介紹
1.1學科研究背景及意義
1.2國內外研究現狀與分析
1.2.1 MVR系統主要部件的研究
1.2.2 MVR工藝流程研究
1.2.3 MVR系統優化方法研究
1.2.4 MVR系統運行特性研究
1.3國內外文獻綜述摘要
1.4本文的主要研究內容
第二章垂直管降膜蒸發器傳熱傳質的數值模擬研究 2.1立管降膜蒸發傳熱傳質過程機理
2.2物性參數方程的確定 2.2.1硫酸鎂溶液主要物性參數計算公式擬合
2.2.2溶液分子擴散係數的解決方案
2.2.3液膜側傳熱係數的定義
2.3垂直管降膜蒸發器傳熱傳質的數學模型 2.3.1控制方程和邊界條件
2.3.2液膜流速和膜厚解決方案
2.3.3汽液平衡方程
2.4數學模型求解
2.4.1控制區域和控制方程色散
2.4.2方程求解步驟
2.5模擬結果討論
2.5.1溫度和濃度的分佈 2.5.2影響降膜蒸發換熱係數的因素
2.6本章概要
第3章MVR水蒸氣壓縮機的熱力學特性和蒸汽平衡 3.1 MVR壓縮機的熱特性
3.1.1活塞式壓縮機設計計算
3.1.2壓縮機熱特性比較
3.2 MVR壓縮機計算模型的建立
3.3蒸汽平衡法
3.3.1蒸發器熱平衡計算
3.3.2熱平衡計算結果分析
3.3.3泵送量影響規律
3.4本章概要
第四章兩級MVR系統的數學模型建立 4.1兩階段MVR系統流程建立
4.2兩級MVR系統熱模型的建立
4.2.1兩級MVR系統熱力計算模型控制方程的建立
4.2.2熱計算模型分析
4.3兩級MVR系統傳熱計算模型的建立
4.3.1預熱器傳熱計算模型的建立
4.3.2垂直管降膜蒸發器傳熱計算模型的建立 4.3.3強制循環蒸發器傳熱計算模型的建立
4.4本章概要
第五章兩級MVR系統優化研究
5.1兩級MVR明升体育分析
5.1.1兩級MVR明升体育條件分析
5.1.2兩級MVR系統熱模型解決方案
5.2兩級MVR系統優化設計目標函數
5.2.1優化設計目標函數確定
5.2.2系統年度總成本計算
5.3兩階段MVR系統優化約束
5.4目標函數的單因素影響分析
5.5兩級MVR系統優化算法
5.6優化設計方法和結果
5.7本章概要
結論
參考
附錄
碩士學位課程期間發表的論文和其他成果 哈爾濱工業大學學位論文原創聲明及使用權
感謝

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