《化工原理课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理课程设计（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、反渗透法淡化海水厂专业:班级:姓名:指导老师:化工原理课程设计任务书设计一个日产 500 吨级的海水淡化工厂。画出工艺流程、设备配置图。 要求：（1）采用反渗透法。（2）进水管道，处理间，输出管道，设备室，尾水管道等。（3）海水采样，外部供电。（4）计算成本。一、题目及专题1、题目：反渗透法淡化海水厂课程设计2、专题：半透膜加压进行海水淡化二、设计依据、条件1. 半透膜的性能是只让淡水通过，不让盐分通过。如果不施加压力， 用这种膜隔开咸水和淡水，淡水就自动地住咸水那边渗透。我们通过 高压泵，对海水施加压力，海水中的淡水就透过膜到淡水那边去了， 因此叫做反渗透，或逆渗透。2、生产能力：自定3、设
2、备形式：海水淡化泵4、以及工化工生产的其他网上资料5、指导老师，三名同学，电脑，绘图工具三、设计项目、要求1 、选择（或设计 ）生产规模，进行成本计算。2、要求：说明书一份，工艺流程图一张，设备结构或工作原理示意 图 1 2 张学校：学院：班级：组长：组员：日期：指导老师：目录1. 前12. 设 备 选 取 及 研 究-32.1 降 低 海 水 淡 化 费 用 的 预 处 理 方 法2.2海水反渗透系统的能量回收装置及其功效52.3 高 压 泵 选 型 的 优 化72.4海水淡化反渗透复合膜元件的制备103. 反渗透设备及参数，流程图121. 反渗透设备122产品参数133设备功能144. 工
3、艺流程图155. 应用领域156. 反渗透设备构成167. 反渗透膜分离技术的特点174.计算184.1 耗电费用-184.2.设备费用184.3.设备维修费用185. 总 结196. 参 考文献第一章 前 言水是生命之源，所有的社会都依赖于水，有水地球上的万物才得 以生存、生长。如果缺少石油和其他燃料，我们可以用其他能源来替 代，如果没有干净的可饮用水，那我们就完了。安全的淡水是维持地 球上生命的基本要素。淡水资源是地球水圈的基本构成部分,是所有 陆生生态系统不可缺少的一部分。基于其在地球上存在位置的不同， 可以将淡水资源分为地表水资源、地下水资源和土壤水资源。根据科学调查研究结果获悉，我们
4、人类生存的这颗星球的水资源 总量达约 13.86 亿立方千米之巨,但其中淡水仅占水资源总量的2.5% （约 0.35亿立方千米）。而全球淡水资源总量中69.5%（约 0.24亿 立方千米）是以人类难以利用的诸如冰川、永久积雪、永久冻土层中 的冰等固态形式存在的。国际自然及自然资源保护联盟孟加拉代表爱 农尼沙特在研讨会上说：“如果将世界上所有的水比喻为盛在一加 仑罐子里的水，可供人使用的淡水量只相当于一汤匙大约是总量 的 0.75%。”在21 世纪的开端，地球上有10 多亿人根本喝不上干净 的水。大约 24亿人得不到足够的可饮用水，每年大约还有340万人 死于与水有关的疾病。难怪有识之士惊呼：人
5、类面临的下一个生态危 机将是淡水资源短缺!地球上的淡水资源分配极不均衡。有些地区大水泛滥，有的地区 却因干旱而导致居民死亡或者沦落成难民而举家迁移。加拿大有 着与中国同样多的水资源，然而加拿大的人口只有中国的 2.5%，人 均淡水量远高于中国。在干燥的博茨瓦纳，水是如此宝贵以至于用“雨 水（Pula）”命名自已的货币。水污染是全球淡水资源面临的又一大威胁。清洁、充足的水是极 其宝贵的。没有清洁、充足的水，我们就不能生存。但是我们却把水 源作为废物倾倒场，每年向湖泊、河流和海洋倾倒数十亿吨的化学品、 金属和有机污染物。在几乎两个世纪以前，本杰明富兰克林就曾经 说过，只要水井不干，我们就不会了解水
6、的真正价值。今天，我们一 方面在消耗着越来越多的水，另一方面还在继续忽视水的重要性。不 但全世界水井的水位都在下降，而且水体也被污染，有时达到不能饮 用的程度。基于所有这些原因，我们需要保护和恢复我们的水质。目前，水正在变为非常重要、稀有的资源，以致于卷入了国家安全事 务。淡水既存在数量问题，也存在质量问题和水生态系统的严重失调 问题。全球面临着严峻的水危机，直接危及人类的生存和发展。据一 份最新的报告预测，到2025 年，全球有一半人口将面临淡水资源的 严重缺乏。世界水事委员会提醒大家：“此时此刻，我们面临着世界 水资源短缺的危机，而且这种危机只会越来越严重。如果解决不了水 源短缺的问题，结
7、果将是粮食价格上升，缺水的国家不得不用昂贵的价格进口粮食，然而缺水的国家大多贫穷落后。”饥饿和干渴也与政治动荡和经济增长缓慢紧密相关。第二章 设备选取及研究一 降低海水淡化费用的预处理方法在全世界淡水资源越来越短缺的时候，通过海水淡化获取饮用水 的要求日益迫切。用反渗透(reverse osmosis, R0)膜淡化海水的主 要缺点是费用昂贵，它传统的水处理费用多23倍，这是反渗透膜污垢 积累速度太快造成的。但是，美国家环境工程公司美华集团的曼 尼施库马、赛玛尔阿达姆，和圣迭戈市水务局的威廉皮尔斯， 联名在2006年第6期环境科学与技术杂志上发表的文章中，提出 了一种用微孔过滤膜对海水进行预处
8、理的新方法，能大大降低整个淡 化处理过程的费用。文章的主要作者美华集团高级工程师曼尼施库马说，新方 法与传统观念相悖，传统观念认为膜处理要比普通的预处理贵得多； 不过，较好的预处理方法将减少膜上积累的污垢，因此微孔过滤膜的 过滤效果将得到提高，这个环节是海水淡化过程中最昂贵的部分，因 为过滤消耗的能源最多。美国垦务局水处理、工程和研究小组负责人凯文普莱斯说：“膜上的污垢来源很多，包括附着在膜上的生物、海水中的悬浮物和沉淀 在膜上的盐分。这层污垢增加了膜的阻力，使水难以通过反渗透膜， 这意味着更高的能源消耗和清洁费用。在一些情况下，这些污垢甚至 无法清理。”因此，防止反渗透膜积累污垢是用反渗透技
9、术淡化海水 的关键。在对海水反渗透膜污垢积累过程的第一次系统研究中，曼尼施库马和他的同事们用圣迭戈湾的海水做了实验。他们在实验室中发现，直径大于1微米的颗粒物质可以通过许多常规的预处理系统， 而正是它们形成了反渗透膜上的污垢。常规的预处理通常包括凝聚、 絮凝和沉淀，然后用介质过滤法过滤，比如用沙子等介质过滤。曼尼施库马和他的同事们观察到，在用微孔过滤膜（微孔直径为01微米）和超膜预处理海水时，污垢积累速度大大降低。他们没 有发现用这两种膜过滤后，最终流经反渗透系统的水流有什么其不 同，这意味着，使用超滤膜后所带来的微小效益与其所增加的成本根 本不相匹配。反渗透膜的主要生产商 海得能公司研发部副
10、总裁克雷格巴特斯说，这些发现确证了以前许多人所做出的猜测，并且对人们所期 待的优势给出了一些量化的数据。他注意到，很多具有常规预处理功 能的海水淡化系统运行良好。但是对于那些另外的常规方法效果不佳 的地方，“膜预处理方法将有助于解决反渗透膜污垢积累问题，从而 延长其使用寿命。”普莱斯注意到，目前的情况是“利用微孔过滤超滤进行海水预 文档处理的淡化工厂少之又少，我认为主要是因为人们仍然认为它费用高 昂。”他补充道，随着微孔过滤法和超滤法在饮用水生产中的日益普 及，膜预处理系统的费用最终会降下来，这将成为低成本、高收益的 海水淡化途径。二 海水反渗透系统的能量回收装置及其功效2001年 3 月 2
11、1日，国际海水淡化会议指出，目前世界上淡水供应 危机重重，但只要有能源、电力和资金，人类完全可以依靠淡化海水 以保障自身的淡水供应。很明显，在诸多海水淡化方式中，降低能耗、 节省能源、减少制水成本的处理方式是最为人们所关注的。实践表明， 海水淡化采用反渗透技术在能耗方面占有很大的优势，如表l所示。 表1海水淡化方式的能耗比较淡化方式闪蒸法高效蒸馏电渗析反渗透无能量回有能量回收收能耗14. 55. 85. 07. 04 .5whm3由表1可见，尽管应用先进的反渗透海水淡化方式，欲有效地降低能耗，仍需采用能量回收这一十分重要的节能措施。一般在能量回收后可节能3 5左右，并使原来很高的排水压力降至通
12、常的允许范 围内。美国ERI能量回收装置美国ERI海水淡化能量回 收装置型号处理能力立方米/小时（加仑/分钟）扌接头英寸交付尺寸毫米（英寸）交付重量千克（磅）PX-22040-50(180-220)31219*1016*483(48*40*19)109(240)三 高压泵选型的优化高压泵是反渗透海水淡化中的关键设备，在反渗透膜选定的情况 下，反渗透海水淡化系统的能耗指标主要取决于高压泵、提升泵和能 量回收装置的能耗指标。目前，我国反渗透海水淡化产业刚刚起步， 主要是摸索具有自主知识产权的反渗透工艺和关键的膜技术，所用高 压泵主要依赖进口，国内目前没有适用于反渗透海水淡化的高压泵。 在反渗透海水
13、淡化装置中，电费占造水成本的12到23，设备投资 占造水成本的14左右，高压泵是主要耗能设备，其电耗约占系统运 行费用的35，是影响产品水成本的主要因素之一。到2010年，我国 海水淡化能力达到80100万m3/d,将有大量的高压泵要投入使用， 如全部使用进口泵将使投资费用过高。国内的往复式柱塞泵、多级离 心泵制造技术已经十分成熟，并被成功地用于油田注水、高压锅炉给 水等行业，但这些产品不能直接应用于反渗透海水淡化工程，同时还 存在效率不高、机型不经济等问题。为此，通过对不同类型泵的特性 分析，合理选择不同规模下反渗透海水淡化用高压泵泵型，并结合对 单机日产2500、5000吨能力的反渗透海水
14、淡化装置的技术经济分析， 找出最合适的高压泵泵型，进行提高效率的研究，这对逐步实现反渗 透海水淡化关键设备的国产化和降低能耗，加速海水淡化的广泛应用 及产业化进程，有着十分重要的意义。目前反渗透海水淡化处理系统中使用的高压泵主要有3种：往复 式容积泵、多级离心高压泵和高速离心泵。这些产品在国外技术都已 比较成熟，产品己系列化。往复式容积泵主要用于额定流量较低的场合，通常流量80m3/h, 它的特点是：效率高，一般大于85，且高效率范围大，对应一定流 量，可达到不同的扬程，基本上都可保证在高效率点工作。这一特点 很适合反渗透海水淡化工况的需求。但往复式容积泵由于其结构复 杂，体积庞大，对于流量大
15、于180m3/h的场合，失去其优越性。多级离心高压泵主要有以下几类：水平中开式多级离心高压泵， 节段式多级离心高压泵和不锈钢冲压泵。水平中开式多级离心高压泵适用流量大于220 m3/h的场合，流量 越大，泵的效率越高，效率可达75 %85%，特点是轴向推力小，维 护保养方便，但制造成本高。节段式多级离心高压泵用于中等流量，80220 m3/ho 效率在 65%80%，特点是结构简单，体积小，重量轻，价格相对便宜。不锈钢冲压泵也只用于中小流量场合，通常流量95 m3/h，它的 特点是：效率不高，一般小于70%，但体积小，重量轻，操作维护方 便。高速离心泵适用于小流量场合，1070m3/h，泵效率为50%75%。 特点是体积较小，但效率较低，噪音大。反渗透海水淡化系统的运行工况不同规模的反渗透海水淡化系统所用高压泵的流量是由其日处 理量决定的，压力是根据膜的情况、水质、水温等情况
