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    塑料換熱器在海水淡化中的應用

    塑料換熱器是一種新型的換熱器,美國DuPont公司于1965年率先試制成功了氟塑料換熱器;以后一些工業(yè)先進(jìn)國家也開(kāi)發(fā)成功了塑料換熱器,并實(shí)現了商品化生產(chǎn)?,F已有氟塑料換熱器、PPO換熱器、PP換熱器、石墨改性PP換熱器、石墨改性PVC換熱器等?! 〗鼛啄陙?lái),塑料換熱器在海水淡化中的應用已嶄露頭角。進(jìn)入21世紀,淡水危機日益影響著(zhù)許多國家的生產(chǎn)和發(fā)展。解決淡水危機,海水淡化將是一條有效途徑。但目前海水淡化仍然面臨著(zhù)成本較高的問(wèn)題,如能在熱法海水淡化中實(shí)現用塑料換熱器大規模替代現在的金屬換熱器,則淡化水成本將會(huì )大幅度降低。海水淡化技術(shù)主要分為蒸餾法、反滲透法、膜蒸餾以及冷凍(freezing)法等,而蒸餾法又分為多級閃蒸、多效蒸發(fā)、壓氣蒸餾、太陽(yáng)能蒸餾以及近幾年出現的露點(diǎn)蒸發(fā)。1塑料換熱器的優(yōu)勢與用途  傳統的換熱器存在著(zhù)許多不足之處。普通金屬換熱器具有易腐蝕、能耗較高和傳熱系數變化大等缺點(diǎn);用石墨、陶瓷等材料制成的換熱器,具有易碎、體積大、導熱性能差和效率低等缺點(diǎn);而用貴稀金屬材料制成的換熱器價(jià)格昂貴,難以推廣應用。塑料換熱器在很大程度上克服了這些缺點(diǎn),它具有化學(xué)穩定性好、耐腐蝕、能耗較低和成本較低等優(yōu)點(diǎn)?,F在塑料換熱器已廣泛應用在化工、醫藥、食品、石油、冶金和半導體等行業(yè)?! ?塑料換熱器與金屬換熱器在海水淡化中的使用性能比較  選擇了幾種常見(jiàn)的熱塑性工程塑料與海水淡化換熱器常用的金屬作一下比較,表1列出了這些塑料和金屬的性質(zhì)?! 「鶕媳砑捌渌嚓P(guān)資料,作者把塑料換熱器與金屬換熱器的性能作了如下比較(見(jiàn)表2)?! ×硗膺€要補充說(shuō)明以下幾點(diǎn)。①蒸餾法海水淡化操作溫度在40~120℃,這與塑料換熱器使用溫度有很大的重合部分;②塑料換熱器的使用壽命參考了它在其他行業(yè)的使用情況③塑料換熱器中垢層極薄,因此它的傳熱性能穩定。由于塑料的潤濕性比金屬差,冷凝水很難附著(zhù),故蒸汽側的傳熱系數塑料換熱器要高于金屬換熱器。④塑料材料本身表面張力低而不易黏附,質(zhì)地柔軟、熱膨脹系數較大而有自潔效果,故塑料換熱器耐污染性極強,基本不用除垢。即使除垢,也可采用價(jià)格低廉的酸洗;而金屬換熱器要采用操作復雜、成本較高的防垢除垢工藝。⑤海水中溶解氧量的范圍通常為5~8mg/L,溶解氧的存在會(huì )形成電腐蝕,因此需將溶解氧量脫至10-9級。即使這樣,還需使用價(jià)格較貴的防腐劑,如Nalcool,每噸2340$;而塑料換熱器不存在電腐蝕問(wèn)題,基本不需防腐。⑥在蒸餾法海水淡化中,換熱器費用占前期建設投資的20%~40%,藥劑費用占后期運行費用的8%~10%,維護費用占后期運行費用的10%~15%。而塑料換熱器成本僅為傳統金屬換熱器的33%~66%,采用塑料換熱器后,這三部分費用都將大幅度降低。3塑料換熱器在各種蒸餾法海水淡化中的應用研究3.1多級閃蒸(MSF)和多效蒸發(fā)(ME)  在ME、MSF及其他熱法淡化裝置中,碳酸和O2同時(shí)存在的條件下,金屬換熱管會(huì )發(fā)生坑蝕和縫隙腐蝕,所以采用塑料換熱器既可防止坑蝕,又可降低成本。法國的Bourouni在研究海水淡化中空氣水蒸氣的傳熱狀況時(shí),采用了聚丙烯降膜蒸發(fā)器和冷凝器。3.2壓氣蒸餾(VC)  由于壓氣蒸餾使用的加熱蒸汽通過(guò)二次蒸汽絕熱壓縮獲得,蒸汽壓力較高,可達05~08MPa,因此在VC中使用塑料換熱器應選用抗壓能力較好的塑料,如PTFE。Kuwait大學(xué)的TElDessouky和MEttouney在研究塑料換熱器時(shí),考察了塑料換熱器在單效MVC中的表現。通過(guò)將PTFE與幾種金屬或合金,如高鋼合金、鈦、Cu/Ni90/10和Cu/Ni70/30對比研究,得出了塑料換熱器具有的無(wú)可比擬的優(yōu)勢及存在的一些缺點(diǎn)。3.3露點(diǎn)蒸發(fā)  (Dewvaporation)露點(diǎn)蒸發(fā)淡化技術(shù)是一種比較年輕的海水淡化方法,其原理與蒸餾法和膜法不同。由于露點(diǎn)蒸發(fā)需要原水在傳熱管內表面形成均勻的水膜,對載氣進(jìn)行增濕,故與蒸餾法有所不同。露點(diǎn)蒸發(fā)中換熱元件所用的塑料要有良好的潤濕性,它在一定程度上決定了增濕效果。美國亞利桑那州大學(xué)的J.R.Beckeman在研究露點(diǎn)蒸發(fā)淡化裝置時(shí)就采用了潤濕性塑料作換熱壁。在潤濕性塑料方面,國外一些公司也已取得了一些的成果。美國的REXAMGRAPHICS、DuPont和ERCProducts三家公司已研制出用于露點(diǎn)蒸發(fā)的新型塑料換熱元件。REXAMGRAPHICS公司研制出的一種可用來(lái)傳熱的新型潤濕塑料,該材料是在0076mm厚的聚酯表面上涂覆可潤濕性涂層制成的;DuPont制得了一種聚酯薄膜材料———MylarLBT,該薄膜厚00254mm,潤濕性很好;ERCProducts公司開(kāi)發(fā)出一種薄紗聚酯復合材料,它的潤濕性?xún)?yōu)于任何純塑料。天津大學(xué)海水淡化與膜技術(shù)中心也正在開(kāi)發(fā)用于露點(diǎn)蒸發(fā)淡化裝置的新型高分子材料換熱元件。3.4太陽(yáng)能蒸餾  (SolarDistillaton)與其他熱法海水淡化相比,太陽(yáng)能蒸餾加熱原水方式溫和,換熱方式簡(jiǎn)單,更易采用塑料換熱器。Foggia大學(xué)的GMCappelletti用樹(shù)脂玻璃制作了一個(gè)池式雙盤(pán)型塑料太陽(yáng)能蒸發(fā)器?! ?結論  塑料換熱器在各種熱法海水淡化中的應用都已進(jìn)行了有益的嘗試,并取得了良好的效果。雖然塑料換熱器還存在著(zhù)傳熱性能較差、塑料老化和使用溫度范圍較窄等問(wèn)題,但隨著(zhù)新材料的不斷涌現和現有材料的改性、材料加工技術(shù)的進(jìn)步以及海水淡化技術(shù)研究的深入,塑料換熱器在海水淡化中將有著(zhù)廣泛的應用。

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