低溫多效海水淡化系統(tǒng)的Aspen Plus模擬

馬朝勤

摘 要：本研究借助Aspen Plus模擬平臺，建立了低溫多效海水淡化系統(tǒng)的平流、順流、逆流三種工藝流程，并通過實際工程對低溫多效系統(tǒng)模型進行了驗證，模擬計算得到的各效淡水閃蒸量，濃鹽水閃蒸量，淡水累積量及造水比與實際數(shù)值基本一致，驗證了模擬結(jié)果的可信性。

關(guān)鍵詞：Aspen Plus；低溫多效蒸餾；海水淡化

中圖分類號：P747 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）20-0057-02

當今，日益減少的水資源正在成為人類的生存危機，因此海水淡化得到了快速發(fā)展和廣泛應用。其中，適于產(chǎn)業(yè)化的低溫多效蒸餾法（LT-MED）以“產(chǎn)品水質(zhì)高、運行成本低、操作彈性大、熱效率高、對海水預處理要求低”等特點成為了海淡技術(shù)的主要研究方向，但由于各效蒸發(fā)器間相互聯(lián)系，參數(shù)相互制約，且工藝流程多樣、裝置組合靈活、操作工況易變，需要使用迭代的方法對各效進行物料衡算、熱量衡算以及傳熱速率計算等，復雜的計算步驟導致流程的設(shè)計和優(yōu)化非常困難。而借助于Aspen Plus模擬平臺，可以為低溫多效海水淡化系統(tǒng)的設(shè)計提供有力指導。

1 低溫多效系統(tǒng)模型的建立

1.1 操作單元模型建立

LT-MED海水淡化系統(tǒng)的操作單元主要包括蒸發(fā)器、閃蒸罐、冷凝器和蒸汽噴射器（TVC）[1，2]。本研究應用Aspen Plus 軟件中的Heater，F(xiàn)lash2，Valve，Mixer 和FSplit等模塊間的不同組合，模擬海水淡化系統(tǒng)中的各個操作單元，詳見表1所示。

1.2 低溫多效系統(tǒng)模型建立

以TVC位于末效的低溫四效海水淡化系統(tǒng)為例，分別建立平流、順流、逆流流程。詳見表2。

2 低溫多效系統(tǒng)模型的驗證

2.1 組分定義和物性方法選擇

海水是一種含有多種離子的非常復雜的多組分水溶液。為簡化模擬，本研究將海水鹽度以等量的氯化鈉（NaCl）表示。由于氯化鈉在海水中表現(xiàn)為電解質(zhì)，所以使用Electrolyte Wizard（電解智能工具）定義各種組分，并選擇ELECNRTL作為物性方法來模擬海水系統(tǒng)。

2.2 傳熱系數(shù)計算

蒸發(fā)器總傳熱系數(shù)與蒸汽的流速、溫度、物性，傳熱管的材料、尺寸、排布以及熱負荷有關(guān)，在模擬過程中難以實現(xiàn)，本研究中的傳熱系數(shù)采用擬合公式求取[3]。

Ke（i）=1.9394+1.40562×10-3T（i）-2.0752×10-4T2（i）+2.3186 ×10-6T3（i）

其中i——效數(shù)

T（i）——第i效鹽水蒸發(fā)溫度，℃

Ke（i）——第i效蒸發(fā)器換熱系數(shù)，kW/m2℃

2.3 噴射系數(shù)計算

王權(quán)[4]等研究了蒸汽噴射器（TVC）噴射系數(shù)的簡化計算方法，并給出了索科洛夫法噴射系數(shù)計算關(guān)系曲線。本研究以索科洛夫法噴射系數(shù)計算關(guān)系曲線為依據(jù)，選取對應的噴射系數(shù)。

2.4 低溫多效系統(tǒng)模型的驗證

以法國SIDME公司典型的4效平流海水淡化流程為例，其熱力系統(tǒng)圖如圖1所示[5]，對所建流程的可靠性和準確性進行驗證。在相同的入口條件，噴射系數(shù)和效間溫差下，運用Aspen Plus平流流程模型對該流程進行模擬，主要的模擬結(jié)果與SIDME公司所給數(shù)據(jù)對比如表3所示。

3 結(jié)語

從模擬對比結(jié)果可以看出，模擬計算得到的各效淡水閃蒸量，濃鹽水閃蒸量，淡水累積量及造水比與SIDME公司所給實際數(shù)值基本一致，驗證了模擬結(jié)果的可信性，即建立的模擬模型可以用于低溫多效海水淡化系統(tǒng)的計算和優(yōu)化。

參考文獻

[1]郝冬青，沙作良，王彥飛，舒暢，曾向東，趙曉昱，熊粲.低溫多效海水淡化系統(tǒng)的Aspen Plus模擬[J].天津科技大學學報，2011，26（1）：47-50.

[2]郝冬青，沙作良等.低溫多效蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)的工藝模擬與分析[J]. 鹽業(yè)與化工，2011，40（3）：37-39.

[3]H. T. EL-DESSOUKY， H. M. ETTOUNEY， F. AL-JUWAYHEL. Multiple effect evaporation-vapour compression desalination process[J]. Institution of Chemical Engineers， 2000，（78）part A： 662-676

[4]王權(quán)，向雄彪.蒸汽噴射壓縮器噴射系數(shù)計算方法研究[J].太陽能學報，1997，18（3）：314-321.

[5]柴曉軍.電廠低溫多效海水淡化系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計[J].電力技術(shù)，2010，19（3）：42-52.endprint