设备管理_新型节能设备方法概述

第二章新型节能设备方法 热管换热器热泵膜分离蓄热器变压吸附 2 1热管换热器 热管发展历程1964年 发明于美国洛斯 阿拉莫斯国家实验室 LosAlamosNationalLaboratory 1964 1970年 理论研究高峰期 近千篇论文发表 1970 1980年 机密性应用研究 空间核电源 电子仪器散热 航天飞行器均温等节能应用性研究 热管换热器 太阳能发电 高效化学反应器 1980 2000年 电子电器散热 计算机CPU散热 大型空气预热器 高温热管换热器 高温高压化学反应器 2000 2010年 高效微型热管技术 高温大型热管技术 高效热管反应设备技术 各种高效热管换热装备 青藏铁路沿线的热管 TSC89 7 2 型低温热管 青藏铁路沿线的热管 地面 2米 5米 89毫米 100kg 里面灌装有液态氨 通过液态氨 将地下冻土层的 冷气 带到地表土层 让它保持冷冻状态不松软 通过露出地面管径外表的 翅片 把蕴含在地表土层中的热量散发到空气中 一根长长的管子 就像是一个个自动传导冷热温度的 空调器 让路基永远保持冷冻状态 笔记本电脑CPU使用的热管 节能用途 石油化工1 炼油厂的常压炉 减压炉 常减压二合一炉 加氢炉 减粘炉 重整炉等 利用热管式空气预热器回收出炉烟气的余热加热空气 以提高加热炉的送风温度 2炼油厂催化装置再生烟气和各种内 外取热器的余热回收 可产生中压蒸汽并用于动力系统 3 乙烯裂解炉对流段盘管 炼油厂加热炉对流段盘管 2 1 1热管工作原理 热管的工作原理 蒸发 冷凝 吸液芯 Q Q 加热段 冷却段 绝热段 气体 液体 壳体 在一个密闭结构中装有若干工作液体 借助于液体的吸热蒸发 蒸气的输送和放热冷凝 然后靠毛细作用或重力作用 使冷凝液从冷凝段返回到蒸发段 从而把热量从结构的一部分 蒸发段 高速传递到另一部分 冷凝段 重力热管 结构简单 加热段 冷却段 Q Q 蒸发 冷凝 加热段 Q 蒸发 Q 冷凝 热管工作原理 在一个密闭结构中装有若干工作液体 借助于液体的吸热蒸发 蒸气的输送和放热冷凝 然后靠毛细作用或重力作用 使冷凝液从冷凝段返回到蒸发段 从而把热量从结构的一部分 蒸发段 高速传递到另一部分 冷凝段 因此 热管本身是一种高效的传热元件 它是靠封闭在管内的工质反复进行相变 蒸发 冷凝 而进行热量传递的 结构紧凑 重量轻 传热效率高 无运动部件 维护简单 运行可靠等优点 特别适宜于中 低温余热的回收 2 1 2热管的组成 三个基本部分组成 两端密封的容器 多数做成圆管状 吸液芯 由多孔材料 金属网 金属纤维等 构成 覆盖在器壁 管壁 的内表面 容器内充有一定数量的工作液体 工质 及其蒸气 2 1 3热管的工作液体 2 1 4热管的特点 输热能力强良好的等温性热流方向可逆热流密度可调 热管的导热能力 热管的导热能力1 铜棒 2 5 300 2 热管 2 5 300 2 1 5热管分类 按照工作液体回流动力区分 有芯热管 重力热管 重力辅助热管 旋转热管 电流体动力热管 磁流体动力热管 渗透热管等 按照热管管内工作温度区分 低温热管 常温热管 中温热管 高温热管等 按照管壳与工作液体的组合区分 分铜 水热管 碳钢 水热管 铝 丙酮热管 碳钢 萘热管 不锈钢 钠热管等 常用热管的工作温度范围与典型的工作介质及其相容壳体材料 2 1 6热管用途 余热回收电子器件冷却 如电脑CPU散热太阳能集热器航空航天导热材料 2 1 7热管换热器 利用热管导热能力强 传热量大的特点 以多根热管作为中间传热元件 实现冷 热流体之间换热的设备 气 气热管换热器1 热管 2 中间隔板 3 外壳 热管换热器的特点 分类 热管换热器的特点结构简单 换热效率高 压力损失小 安全可靠 灵活调温 热管换热器的类型与结构按照热流体和冷流体的状态 热管换热器可分为气 气式 气 液式 液 液式 液 气式 从热管换热器结构型式来看 热管换热器又可分为整体式 分离式 回转式和组合式 气 液式热管换热器 2 1 8热管的用途与节能 化学工业1 硫酸系统热管换热器回收焚烧炉出口高温 x气体的余热 在转化工段回收高温气体的余热 产生热水或蒸汽供系统使用 2 医药 日化工业热管换热器可用于回收药气或废气的余热 生产清洁热风 干燥物料 3 利用可变热导热管可对反应床层进行恒温控制的同时 取出或输入反应热 4 大型化肥厂合成对流段盘管 中 小型氮肥厂造气工程 变换工段 利用热管式蒸发器回收工艺气余热产生蒸汽供合成氨系统使用 变换工段一 二水加热器 5 甲醇转化炉对流段盘管 6 苯酐装置热容器 节能用途 电力工业利用热管换热器可作为各种锅炉的尾部受热面 如热管式空气预热器可替代传统的回转式空气预热器和列管式空气预热器 提高受热面壁温 避免露点腐蚀 提高炉膛进风温度和炉膛含氧量 减少漏风 延长锅炉运行周期 1 工业锅炉尾部的热管空气预热器 热管式省煤器或翅片管省煤器 2 电站锅炉尾部的热管空气预热器可分下列几种用途 1 在原低温段空气预热器的空气入口前设置一热管式空气预热器 进一步降低锅炉排烟温度 减少排烟热损 提高锅炉效率 2 整个低温段空气预热器均为热管式结构 3 用锅炉排放的热烟气加热脱硫后的冷烟气 即电站脱硫的烟气换热器 3 燃气锅炉对流段后部 节能用途 石油化工1 炼油厂的常压炉 减压炉 常减压二合一炉 加氢炉 减粘炉 重整炉等 利用热管式空气预热器回收出炉烟气的余热加热空气 以提高加热炉的送风温度 2炼油厂催化装置再生烟气和各种内 外取热器的余热回收 可产生中压蒸汽并用于动力系统 3 乙烯裂解炉对流段盘管 炼油厂加热炉对流段盘管 节能用途 冶金工业1 炼铁厂用高炉烟气来预热空气 煤气的单预热或双预热整体式或分离式热管换热器 回收热风炉烟气余热 节约煤气 提高热风炉的升温速度 炉顶温度和送风温度降低炼铁焦比 节约焦炭 2 利用热管式蒸汽发生器或翅片管式蒸汽发生器回收各种带冷机和环冷机所输送的烧结矿的显热 产生蒸汽 节能用途 建材建筑对于水泥 陶瓷等建材行业 利用换热器回收窑炉烟气的余热 产生热风或热水 如热管式热风炉或热管 列管组合式热风炉 可产生500 以下的热风 干燥清洁物料 建筑业热管式空气预热器可用于室外的新鲜空气和室内的浑浊空气之间的热交换 在集中空调制冷机组中 利用热管换热器回收废气余热产生低压蒸汽供空调制冷机组使用 2 2热泵 HeatPump 2 2热泵 一种使热量由低温物体转移到高温物体的能量装置 类似于水泵使水从低处流向高处 作用 把那些不能直接利用的低温热能变为有用的热能 提高能量的利用率 节省燃料 热泵 Q1 Q2 W 2 2 1热泵种类 压缩式热泵吸收式热泵蒸汽喷射式热泵 2 2 2压缩式热泵循环系统 蒸发器 冷凝器 压缩机 节流阀 QE QC W 低温热源 高温热源 介质的循环相图 液相 气相 固相 放热QC 介质被冷却 吸热QE 介质被加热 P T 工质 工质是热泵中赖以进行能量转换与传递的物质 热泵系统的的性能 经济性与可靠性在很大程度上与工质有关 临界温度应比最大冷凝温度高得多在冷凝温度下的饱和压力不要太高 2 5MPa 在蒸发温度下的饱和压力不要低于大气压单位容积致热量要大液体的比热容要小饱和蒸汽比熵的变化要小 即饱和蒸汽线要陡工质应有良好的化学稳定性 不燃 不爆 无毒无害 价格便宜 环境友好等 热泵工质物性参数 环保型制冷剂 冰箱常使用的制冷剂为 R22 CHF2Cl 对环境不友好 环保型制冷剂 R407c R410a R134aR407c HFC32 125 134a 组成23 25 52 CH2F2 CHF2CF3 CH2FCF3 R410a HFC32 125 组成50 50 CH2F2 CHF2CF3 R134a 1 1 1 2 四氟代乙烷 CF3CH2F 2 2 3吸收式热泵 2 4 蒸发器 冷凝器 吸收器 节流阀 QE QC 3 溶液泵 发生器 节流阀 QA QG 1 5 6 7 吸收式热泵与压缩式热泵比较 共同点 冷凝器 节流阀 蒸发器不同点 压缩式热泵采用压缩机吸收式热泵 用一个溶液回路代替了压缩机 该溶液回路由吸收器 溶液泵 发生器 及溶液节流阀等部件构成 溶液回路用消耗热能取代了压缩机中所消耗的机械能 工质对的选择 在工质对中 沸点低的物质为制冷剂 沸点高的物质为吸收剂 选择吸收剂的要求 1 具有强烈地吸收制冷剂的能力 这种能力越强 循环中所需要的吸收剂循环量越少 发生器热源的加热量越少 2 在相同压力下 沸点比制冷剂高 相差越大越好 避免精馏分离 3 比热容小 导热率高 黏度低 4 化学性质好 选择制冷剂的要求 1 制冷剂应在吸收剂中有较好的溶解性 2 其它与压缩式热泵的制冷剂相同 常用的工质对 氨 水水 溴化锂氨 硝酸锂 2 3 4蒸汽喷射式热泵 热泵的主要应用形式 蒸气压缩式系统是热泵最主要的应用型式 按照低温热源与供热介质的组合方式不同 蒸气压缩式热泵系统又分为空气 空气热泵空气 水热泵水 水热泵水 空气热泵地热 空气热源热泵土壤热源 水热泵 按热源分类的热泵 水源热泵空气源热泵土壤热源热泵太阳能热泵 水源热泵 通常以海水 河水 湖水及井水作为低温热源 由于水的温度变化较小 水源热泵的性能通常要比空气源 ASHP 的性能好而且稳定 目前 以污水处理场凉水池的水作为低温热源的热泵系统已经在实际工程中采用 而且经济性能良好 目前 以井水作为低温热源的热泵系统 是水源热泵机组和系统研究及应用的热点 井水特别是深井水 全年温度基本稳定而且水质良好 是热泵系统比较理想的低温热源 在工程中采用较多 但是这种系统有可能存在回水困难 回水污染及破坏地下水生态资源等环境问题 地源热泵 通常是将制冷盘管理入地下 盘管与土壤进行热量交换 热泵系统自成封闭式系统 地源热泵正是利用大地的特点 通过埋藏在地下的换热器 与土壤或岩石交换热量 地源热泵全年运行工况稳定 不需要其它辅助热源及冷却设备即可实现冬季供热 夏季供冷 在冬天 管道内的液体将地下的热量抽出 然后通过系统导入建筑物内 同时蓄存冷量 以备夏用 在夏天 热量从建建筑物内抽出 通过系统排入地下 同时蓄存热量 以备冬用 风扇系统将冷暖空气分别送到建筑物内部的各个区间 类似于一般的空调系统 地源热泵 地源热泵技术目前在国外得到广泛的应用 现在美国的家庭 银行 医院 机场 连锁旅客 超市 办公楼和学校等均有一定比例的建筑使用地源热泵 根据美国地源热泵系统 根据美国每年安装约4万套地源热泵系统 这个速度意味着每年可以节约8 79 1011瓦的能量 同时每年减少150万吨温室气体的排放 空气源热泵 空气源热泵系统通过自然能 空气蓄热 获取低温热源 经系统高效集热整合后成为高温热源 用来取 供 暖或供应热水 适用范围广 产品适用温度范围在 10 40 并且一年四季全天候使用 不受阴 雨 雪等恶劣天气和冬季夜晚的影响 都可正常使用 可连续加热 与传统太阳能储水式相比 热泵产品可连续加热 持续不断供热水 满足用户需求 加热速度慢 太阳能热泵 太阳能热泵 SolarHeatPump 以太阳能集热器作为热泵系统的低温温度 太阳能辅助热泵通常是指作为太阳能热利用系统辅助装置的热泵系统 包括独立辅助热泵和以太阳辐射热能作为蒸发器热源的热泵 这类热泵多数以供热为主 涉及建筑采暖 生活热水供应以及工业用热等应用领域 对太阳能集热温度要求不高 而且具有灵活多样的系统形式 合理的经济技术性能和良好的商业实用化前景 太阳能氨水吸收式制冷系统 热泵节能和特点 属可再生能源利用技术高效节能环境效益显著一机多用 应用范围广 2 3膜分离 2 3 1膜分离概念 膜分离技术是用半透膜作为选择障碍层 允许某些组分透过而保留混合物中其他组分 从而达到分离目的的技术总称 概述膜分离过程 1 膜分离技术发展的历史膜分离技术已被国际上公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前途 甚至会导致一次工业革命的重大生产技术 所以可称为前沿技术 是世界各国研究的热点 如果将20世纪50年代初视为现代高分子膜分离技术研究的起点 截止现在 其发展致可分为三个阶段 50年代为奠定基础阶段 60年代和70年代为发展阶段 80年代至今为发展深化阶段 目前 研制和开发出的分离膜及应用技术有很多种 如微滤 超滤 反渗透 渗透蒸发等 2 膜分离技术在分离工程中的重要作用 膜分离技术在分离物质过程中不涉及相变 对能量要求低 因此和蒸馏 结晶 蒸发等需要输入能量的过程有很大差异 膜分离的条件一般都较温和 对于热敏性物质复杂的分离过程很重要 这两个因素使得膜分离成为生化物质分离的合适方式 此外它操作方便 结构紧凑 维修费用低 易于自动化 因而是现代分离技术中一种效率较高的分离手段 在生化分离工程中具有重要作用 3 膜在分离过程中具有如下功能 物质的识别与透过 界面 反应场 物质的识别与透过是使混合物中各组分之间实现分离的内在因素 作为界面 膜将透过液和保留液 料液 分为互不混合的两相 作为反应场 膜表面从孔内表面含有与特定溶质具有相互作用能力的官能团 通过物理作用 化学反应或生化反应提高膜分离的选择性和分离速度 生物分离过程中采用的膜分离法主要是利用物质之间透过性的差别 而膜材料上固定特殊活性基团 使溶质与膜材料发生某种相互作用来提高膜分离性能的功能膜研究也很多 代表了膜分离技术的发展方向 2 3 2膜的定义和分类 1 膜 分离膜 的定义分离膜可看作是分离两相和作为选择性传递物质的屏障 它可以是固态 液态或气态的 目前使用的分离膜绝大多数是固膜 膜可以存在于两流体之间或附着于支撑体或载体的微孔隙上 膜厚度要远小于其比表面积 2 膜的分类按膜结构分 有对称膜和不对称膜按膜材料分 有机膜 纤维素膜 聚酰胺膜 聚砜膜 聚四氟乙烯膜 聚乙烯膜等无机膜 玻璃膜 陶瓷膜 氧化铝膜等按分离机理分 多孔膜 无孔膜和载体膜按几何形状分 平板式 管式 毛细管式和中空纤维式膜 膜结构 1 孔道结构2 膜的孔道特性3 水通量 膜结构 1 孔道结构膜的孔道结构因膜材料和制造方法而异 膜的孔道结构对膜的透过通量 耐污染能力等操作性能具有重要影响 早期的膜多为对称膜 symmetricmembrane 即膜截面的膜厚方向上孔道结构均匀 对称膜的传质阻力大 透过通量低 并且容易污染 清洗困难 60年代开发的不对称膜解决了上述对称膜的弊端 从而开创了膜分离技术发展的新篇章 不对称膜主要由起膜分离作用的表面活性层 0 2 0 5 和起支撑强化作用的惰性层 50 100 m 构成 惰性层孔径很大 对透过流体无阻力 由于不对称膜起膜分离作用的表面活性层很薄 孔径微细 因此透过通量大 膜孔不易堵塞 容易清洗 目前的超滤和反渗透膜多为不对称膜 高分子微滤膜以对称膜为主 新型无机陶瓷微滤膜多为不对称膜 膜结构 对称膜 不对称膜 膜结构 2 膜的孔道特性膜的孔道特性包括孔径 孔径分布和孔隙率 超滤和微滤膜的孔径 孔径分布和孔隙率可通过电子显微镜直接观察测定 Millipore公司PTGC超滤膜的孔径分布 膜结构 3 水通量水通量是在一定的条件下 一般压力为0 1MPa 温度为20度 通过测量透过一定量纯水所需的时间来测定 2 3 3膜分离技术优点 处理效率高 设备易于放大 可在室温或低温下操作 适宜于热敏感物质分离浓缩 化学与机械强度最小 减少失活 无相转变 省能 有相当好选择性 可在分离 浓缩的同时达到部分纯化目的 选择合适膜与操作参数 可得到较高回收率 系统可密闭循环 防止外来污染 不外加化学物 透过液 酸 碱或盐溶液 可循环使用 降低了成本 并减少对环境的污染 存在的问题 在操作中膜面会发生污染 使膜性能降低 故有必要采用与工艺相适应的膜面清洗方法 从目前获得的膜性能来看 其耐药性 耐热性 耐溶剂能力都是有限的 故使用范围受限 单独采用膜分离技术效果有限 因此往往都将膜分离工艺与其他分离工艺组合起来使用 2 3 4各种膜分离技术分离范围 膜过程分离机理分离对象孔径 nm 粒子过滤体积大小固体粒子 10000微滤体积大小0 05 10 m的固体粒子50 10000超滤体积大小1000 1000000道尔顿2 50的大分子 胶体纳滤溶解扩散离子 分子量 100的有机物 2反渗透溶解扩散离子 分子量 100的有机物 0 5渗透蒸发溶解扩散离子 分子量 100的有机物 0 5 2 3 5各种膜分离法的原理和应用范围 1 微滤分离原理 利用筛分原理 分离 截留直径为0 05 m到10 m大小的粒子 即微滤膜的孔径为0 05 m到10 m 采用压力为0 05 0 5MPa 水分子 离子 大分子 颗粒与胶体 图示 2 超滤分离原理 超滤的分离原理也可基本理解为筛分原理 但在有些情况下受到粒子荷电性及其与荷电膜相互作用的影响 它可分离分子量从1000到1000000道尔顿的可溶性大分子物质 对应孔径为20 500埃 0 002 m到0 05 m 采用压力为0 1 1MPa 3 反渗透分离原理 在高于溶液渗透压的压力作用下 只有溶液中的水透过膜 而所有溶液中大分子 小分子有机物及无机盐全被截留住 理想的反渗透膜应被认为是无孔的 它分离的基本原理是溶解扩散 也有毛细孔流学说 膜孔径 为1到10埃 采用压力为1 10Pa 反渗透制淡水原理 渗透和反渗透 半透膜 开始时两边液面相同 由于浓度差存在 半透膜又不允许溶质通过 所以水透过膜 使浓水一边液面升高 产生渗透压 在浓水边加压 当压力超过渗透压时 则水透过半透膜 即反渗透 实现净化过程 反渗透的应用和特点 应用 反渗透是一项高新膜分离技术 其孔径很小 大都 10 10 10 10A 它能去除滤液中的离子范围和分子量很小的有机物 如细菌 病毒等 它已广泛用于海水或苦咸水淡化 电子 医药用纯水 饮用蒸馏水 太空水的生产 还应用于生物 医学工程 特点 常温条件下 可以对溶质和水进行分离或浓缩 因而能耗低 杂质去除范围广 可去除无机盐和各类有机物杂质 较高的水回用率 分离装置简单 容易操作和维修 4 扩散渗析 diffusiondialysis 1 渗析 把水溶液中溶质透过半透膜而溶质被截留的现象称为渗析 半透膜 起渗析作用的薄膜 对溶质具有选择性 半透膜的发展 动物的膀胱膜 肠膜 羊皮纸 离子交换膜 阳离子交换膜 阴离子交换膜2 扩散渗析的原理利用离子交换膜的选择透过性 以浓度差为推动力来实现酸与盐或者碱与酸的分离 离子交换膜 离子交换膜作用机理示意图 扩散渗析法回收酸的原理 向 室自下而上引入料液 H2SO4和FeSO4的混合液 另向 室自上而下引入水流 由于 室中的酸及盐的浓度较大 其中的Fe2 H SO42 均有向 室扩散的趋势 因阴离子交换膜对离子具有选择透过性 只允许阴离子SO42 通过而不让阳离子透过 所以Fe2 受到阴膜的阻挡而不能进入 室 而H 则因性质特殊 其水合离子半径小 迁移速度快 也能跟随SO42 一起进入 室 以保持溶液的电中性 这样 室中的H2SO4就不断扩散进入 2 室 而FeSO4被阻挡在 室中 从而实现了酸与盐的分离 优缺点 优点 能耗小 设备结构简单 操作方便 不需要对膜进行酸碱再生 分离过程中不需要加入其它化学药剂 缺点 渗析速度慢 分离效率低 应用 在生物医学上的应用最为广泛 主要的用途是血液渗析法 又称为人工肾 此外还有人工肺 在工业方面的应用从钢铁工业酸洗废液中回收硫酸及在其它废酸液中回收硝酸等 从化工厂人造丝浆压液中回收NaOH 5 电渗析的基本原理 电渗析是在直流电场的作用下 以电位差为推动力 利用阴 阳离子交换膜对溶液中阴 阳离子的选择透过性 即阳膜只允许阳离子通过 阴膜只允许阴离子通过 而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程 从而实现溶液的浓缩 淡化 精制和提纯的一种膜过程 电渗析过程原理图 阴极 电渗析在废水处理中的应用 目前 电渗析在废水处理实践中应用最普遍的有 造纸工业废水处理 利用电渗析法处理造纸工业的亚硫酸纸浆废液和洗浆废水及碱法造纸黑液 从中回收化学药品 已得到工业应用 从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化钠 从酸洗废液中制取硫酸和沉淀重金属离子 电镀废水和废液处理 含Cd2 Cu2 Ni2 Zn2 Cr6 等重金属离子和氰化物的电镀废水都适宜用电渗析法处理 其中应用最成熟的是含镍废水处理 从放射性废水中分离放射性元素 然后将其浓缩液掩埋 6 渗透气化分离原理 它的基本原理是利用膜与被分离有机液体混和物中各组份的亲合力不同而有选择地优先吸附溶解某一组份 及各组份在膜中扩散速度不同来达到分离的目的 因此它不存在蒸馏法中的共沸点的限制 可连续分离 浓缩 直至得到纯有机物 渗透气化的原理示于左图 疏水膜的一侧通入料液 另一侧 透过侧 抽真空或通入惰性气体 使膜两侧产生溶质分压差 在分压差的作用下 料液中的溶质溶于膜内 扩散通过膜 在透过侧发生气化 气化的溶质被膜装置外设置的冷凝器冷凝回收 因此 渗透气化法根据溶质间透过膜的速度不同 使混合物得到分离 膜与溶质的相互作用决定溶质的渗透速度 渗透气化法利用溶质之间膜透过性的差别 特别适用于共沸物和挥发度相差较小的双组分溶液的分离 例如 利用渗透气化法浓缩乙醇 由于膜的选择性透过乙醇的特性 可消除共沸现象 得到高浓度乙醇 因此 渗透气化又称膜蒸馏 渗透气化膜主要为多孔聚乙烯膜 聚丙烯膜和含氟多孔膜等 膜分离技术的特点回顾 a 膜分离过程不发生相变 因此能量转化的效率高 例如在现在的各种海水淡化方法中反渗透法能耗最低 b 膜分离过程在常温下进行 因而特别适于对热敏性物料 如果汁 酶 药物等的分离 分级和浓缩 c 装置简单 操作简单 控制 维修容易 且分离效率高 与其它水处理方法相比 具有占地面积小 适用范围广 处理效率高等特点 d 由于目前膜的成本较高 所以膜分离法投资较高 有些膜对酸或碱的耐受能力较差 所以目前膜分离法在水处理中一般用于回收废水中的有用成分或水的回用处理 2 3 6膜分离的应用领域 1 化学 染料工业活性染料的脱盐 纯化 浓缩与回收食品染料的脱盐 纯化 浓缩与回收催化剂与贵金属的回收利用脱氧 氧化 酯化 皂化 磺化 硝化 脱氢反应中液体的分离 纯化甘油 己内酰胺 苯 染料活性剂等有机化工原料的回收汽车 仪表及其它工业涂漆的浓缩回收 2 食品 饮料工业啤酒 果酒 黄酒 葡萄酒的澄清除菌过滤苹果 梨 草莓 橙 芒果 桃 梅 李 柠檬等果汁的澄清除菌过滤苹果 梨 凤梨 草莓 橙 芒果 桃 梅 李 柠檬等果汁的脱水浓缩葡萄酒 果酒 茶 咖啡芬香气味的浓缩保留豆蛋白 乳清蛋白 白蛋白 单糖 多糖溶液的澄清与浓缩乳清 奶酶及其他乳品的澄清 脱盐与浓缩蔬菜抽提汁 西红柿汁的脱水浓缩 3 制药 生物工程抗生素 维生素 有机酸 氨基酸 酶等发酵液的澄清除菌过滤抗生素 维生素 有机酸 氨基酸等发酵液的蛋白剔除酶 蛋白质 多糖制备过程中细胞碎片的剔除抗生素 氨基酸 维生素 有机酸 酶 多糖 蛋白质的纯化与浓缩半合成抗生素的脱盐浓缩中成药 保健品口服液的澄清除菌过滤动物血浆 血清的浓缩精制其他相关的脱盐浓缩 澄清除菌 蛋白剔除 细胞收集等分离过程 4 空气过滤喷雾干燥过程中染料 抗生素 奶粉等的回收电池厂金属镉 氧化铅粉尘的收集粉碎过程中磷酸盐 氧化镁 二氧化钛 碳粉 水泥 碳酸钙的回收包装过程中砂糖 染料 奶粉 味精等的回收干燥过程中PVC 二氧化硅 活性碳 肥料等的回收合成氨尾气中氢气的回收利用其他一切有关的粉尘收集及空气除尘过程 5 水处理饮用纯水 太空水 的制备医药工业中注射用水 洗瓶水及其他无菌水的制备电子工业中超纯水的制备火力发电厂锅炉补给水的制备饮料与化妆品工业中产品配方用水的制备饮用水纯化 苦碱水脱盐 海水淡化废水循环与再生利用 零排放 BOD COD的最小化垃圾填埋场渗出水的浓缩处理染料 颜料 油漆 含油废水的处理纸浆与造纸废水的处理及木素磺酸盐的回收金属 食品 皮革 农药和除草剂废水的处理纺织印染废水的处理及丝光废水的回收利用 2 4蓄热器 2 4蓄热器 蓄热器是一种平衡工厂企业用汽负荷波动的节能设备蒸汽蓄热器是蓄积蒸汽的压力容器 用于调节和平衡热源供汽与用户用汽之间的矛盾 蒸汽蓄热器的工作原理 蒸汽蓄热器是热能的吞吐仓库 一般为卧式圆筒体 内装软化水 当用汽负荷下降时 锅炉产生的多余蒸汽以热能形式通过充热装置充入软水中贮存 使器内水压力 温度上升 形成一定压力下的饱和水 充热过程 当用汽负荷上升 锅炉供汽不足时 随着压力下降 器内饱和水成为过热水而产生自蒸发 向用户供汽 放热过程 通过蓄热器对热能的吞吐作用 使供用热系统平稳运行 从而可使锅炉在满负荷或某一稳定负荷下平稳运行 蓄热器中的水既是蒸汽和水进行热交换的介质 又是蓄存热能的载体 集中蓄热器实质上相当于增加了锅炉的容量 当用汽量较小时 锅炉产生的多余蒸汽通过蓄热器的喷嘴注人一定压力下的水中 逐渐使水温升高到饱和温度 当负荷超过供汽量时 锅炉来不及反应 不能及时补充蒸汽 造成蓄热器内压力降低 这时蓄热器内的饱和热水就会闪蒸供汽 所产生的蒸汽量不依赖于时间 而是取决于压差 蒸汽蓄热器的工作过程分为蓄热过程 放热过程以及热平衡过程 蓄热器连接方式分为串联和并联 不同连接方式的蓄热器工作原理不同 在一定压力下 虽然相同重量的蒸汽比水的焓值高得多 但蒸汽比容很大 因此相同容积的水的含热量远远大于蒸汽的含热量 这就是蒸汽蓄热器能够吞吐大量热能的原理 例如在0 78MPa 绝压 时 饱和蒸汽焓为2767kJ kg 密度4 08kg m3 每立方米蒸汽的含热量为11 289kJ 相同压力下的饱和水的焓为739kJ kg 密度898k m3 每立方米饱和水含热量为663 622kJ 即相同容积饱和水的含热量是蒸汽的58 8倍 一台50m3的蒸汽蓄热器 容水系数取0 9 假如充热压力为0 98 Pa 放热压力为0 39 Pa 其自蒸发能力可达2500kg 供汽压力低于0 98 Pa 相当于一台4t h锅炉在中等负荷时的供汽量 调节能力 蒸汽蓄热器的工作示意图 用户 蒸汽蓄热器 串联蓄热器的工作原理 串联蓄热器工作时 从热源 上游 来的蒸汽全部通过蓄热器 经蓄热器内的蒸汽分配管和喷嘴凝结于水中 蓄热器始终处于工作过程 上述蓄热 放热和热平衡过程都是动态进行的 当用户用汽时 蓄热器内闪蒸产生蒸汽供给用户 当热源供汽量大于用户用汽量时 蓄热器进汽速率大于排汽速率 蓄热量增加 蓄热器处于蓄热过程 当热源供汽量小于用户用汽量时 蓄热器进汽速率小于排汽速率 蓄热量减少 蓄热器处于放热过程 当热源供汽量恰好等于用户用汽量时 蓄热器进汽速率等于排汽速率 蓄热器处于动平衡状态 串联系统可以稳定锅炉的运行压力 当锅炉生产的负荷变化较大时 减小对下游热用户的用汽产生影响 当下游部分用户负荷变化时 减小对其他用户用汽的影响 此外 由于经过蒸汽蓄热器后释放的蒸汽均为饱和蒸汽 串联蓄热器适合用于用户需要饱和蒸汽的场合 串联蓄热器 2 锅炉 1 蒸汽蓄热器 并联蓄热器的工作过程 并联蓄热器工作时 其工作过程可分为 蓄热过程 放热过程以及热平衡过程 当用户用汽量小于上游供汽能力时 多余的蒸汽便流入蓄热器 蓄热器内的温度 压力 水位同时升高 蓄热器处于蓄热过程 当用户用汽量大于上游的供汽能力时 蓄热器排汽管中压力下降 此时因水温高于降压后的压力所对应的饱和温度 蓄热器内的高压饱和水迅速汽化产生闪蒸送往用户 蓄热器处于放热过程 上游供汽量与用户用汽量平衡时 蓄热器既不进汽也不供汽 液面上的闪蒸与凝结处于动平衡过程 并联蓄热器可用于用户要求过热蒸汽或饱和蒸汽的场合 并联蓄热器 2 锅炉 1 蒸汽蓄热器 安装位置 蒸汽供热系统中 根据安装位置的不同 可将蒸汽蓄热器分为集中蓄热器和局部蓄热器 集中蓄热器安装在热源或热网干线上 对于用户负荷随时间波动较大的热网系统 用蒸汽蓄热器可调节供热系统负荷的波动 一方面 使锅炉始终在最佳工况条件下稳定运行 蒸汽出力和压力保持不变 使其热效率趋近热平衡试验效率 另一方面 相当于增加了热源的容量和提高了调节能力 当部分用户用汽量波动时 减小对其他用户的影响 由于集中蓄热器可调节的用户的范围大 当用户负荷不稳定时 不能满足个别用户的用汽参数 局部蓄热器直接安装在支线上 一个或几个用户处 对某些对供汽压力要求严格的用户 可采用这种蓄热器 该用户热负荷的波动依靠局部蓄热器的调节能力来补偿 不受其他用汽用户的干扰 局部蓄热器的调节范围较小 但对稳定一些重要用户或特殊用户的用汽要求有较好的效果 蒸汽蓄热器的主要应用范围 1 应用于用汽负荷波动较大的供热系统 例如制浆造纸 化纤 纺织等行业 2 应用于瞬时用汽量较大的供热系统 例如使用蒸汽喷射真空泵的行业 间隙制气的煤气厂 氮肥厂等 3 应用于汽源供汽不稳定的供热系统 例如采用余热锅炉供气 采用汽化冷却供汽的体系 锅炉负荷往往受余热量变化的影响而不能稳定 采用蓄热器后可使热系统稳定运行 4 应用于需要随时供汽 随时用汽的供热系统 例如间断用汽 不连续 随时用汽 早晚用汽多 中午用汽少 白天用汽多 晚上用汽少 的宾馆 饭店等 使用蒸汽蓄热器的效益 1 提高锅炉运行效率 节约燃料 实践表明 使用蒸汽蓄热器 一般可节约燃料5 有时超过10 2 保证汽压稳定 生产正常 提高产品产量和质量 3 使锅炉稳定运行 消除锅炉因经常赶火 压火 拨火等不正常运行而可能引起的损坏 延长其使用寿命 4 减轻锅炉人员的劳动强度 提高锅炉安全运行率 5 锅炉工况稳定后 可以方便的控制风煤比 鼓引风比稳定 改善燃烧过程 减少因不完全燃烧造成的环境污染 6 增大供热能力 减少基建投资 在供热能力低于用热负荷的企业恰当的安装使用蓄热器 可使供汽量提高 避免锅炉增容而起到减少基建投资的效果 2 5变压吸附原理 应用 2 5 1变压吸附发展历史 变压吸附 PSA 循环是Skarstrom 美国 和Guerin Domine 法国 于1958年发明的 很快Skarstrom将变压吸附技术用于工业规模的空气干燥 1962年美国联合碳化物公司建立了第一套空气干燥工业装置 从而加速了PSA的工业应用 成为空气干燥 氢气纯化 正构烷烃脱除和中小规模空气分离的主要技术 上世纪80年代后 PSA技术已被用于天然气和煤层气中CH4的分离 同时在CO2 He 有机蒸汽 石油气等吸附性质相近的混合气体分离中也得到了应用 我国于上世纪70年代开始进行PSA空气分离富氧工艺试验 于1982年研制出第一套PSA工业装置 用于从合成氨释放气体中回收H2 至今国内外已有500余套PSA装置并在九个领域得到相应的应用 2 5 2变压吸附原理 变压吸附气体分离过程是利用吸附剂的两个基本性质来实现的 一是对不同组分的吸附能力不同 二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压不同而有显著变化 利用吸附剂的性质 可实现对混合气体中某些组分的优先吸附而使其他组分得以提纯 通过吸附剂在低温 高压下吸附而在高温 低压下解吸再生 从而构成吸附剂的吸附与再生循环 达到连续分离气体的目的 根据吸附剂的第二性质可知 在压力一定时 随着温度的升高