真空蒸餾海水淡化的熱力分析隨著船舶業(yè)的發(fā)展，船舶對(duì)淡水的需求就越來(lái)越大，從陸地上攜帶海水和靠海島之類的補(bǔ)充海水是不現(xiàn)實(shí)的，所以迫切需要更好的技術(shù)來(lái)淡化海水。海水淡化常用的方法[1]有蒸餾法和膜分離法，還有冷凍法、水合物法、溶劑萃取法、離子交換法等。蒸餾法又分多級(jí)閃蒸(MSF)、多效蒸發(fā)(ME)、壓汽蒸餾(VC)和太陽(yáng)能蒸餾等。蒸餾式海水淡化技術(shù)對(duì)熱源的要求比較低，在船舶上得到廣泛的應(yīng)用，但是由于系統(tǒng)本身較復(fù)雜，因此研究真空蒸餾式海水淡化的性能，是船舶海水淡化研究的一個(gè)重要方面。很多學(xué)者對(duì)其它的海水淡化過(guò)程都開(kāi)展了熱力計(jì)算[2~5]，本文主要對(duì)真空蒸餾處理技術(shù)的原理和性能開(kāi)展分析，并對(duì)真空蒸餾處理裝置開(kāi)展了模擬計(jì)算。

1、真空蒸餾式海水淡化技術(shù)的原理

真空蒸餾式海水淡化裝置一般采用真空蒸餾的原理，即通過(guò)噴射泵以維持裝置中90％～94％的真空度，此時(shí)對(duì)應(yīng)的海水蒸發(fā)的沸點(diǎn)[6]僅46℃～36℃，以利用低溫廢熱來(lái)開(kāi)展海水淡化。該裝置的熱源為船舶主機(jī)的缸套的冷卻水，屬于廢熱回收利用。一般主機(jī)功率為6000kW左右的柴油機(jī)推動(dòng)的船舶，每天就可以生產(chǎn)淡水15～18m3。效率很高。船舶廢熱如：廢熱鍋爐產(chǎn)生的多余的蒸汽，副機(jī)缸套水等都有大量的廢熱，所以船舶廢熱具有很廣闊的開(kāi)發(fā)前景。真空蒸餾處理淡化海水不越要附加其它熱源，因此VDT技術(shù)是船舶淡化海水的重要手段，具有節(jié)能，效率高等優(yōu)點(diǎn)。

2、熱力分析及模型的建立及模擬

真空蒸餾處理淡化海水的基本流程如圖1所示。

海水經(jīng)過(guò)預(yù)熱器，在其中吸收淡水和噴射泵工作蒸汽所放出的熱量，溫度升高，供入海水淡化裝置的冷凝器中作為冷凝海水蒸發(fā)所得到的蒸汽(二次蒸汽)，溫度得到進(jìn)一步升高，一部分供入海水淡化裝置的蒸發(fā)器中作為供水，另外一部分排出船艙外；供入蒸發(fā)器中的海水在蒸發(fā)器中受工作蒸汽(一次蒸汽)的加熱，溫度升高，到達(dá)飽和溫度，開(kāi)始蒸發(fā)，所得到蒸汽在裝置中上升，經(jīng)過(guò)分離器分離所帶出的淡水，經(jīng)過(guò)預(yù)熱器將熱量傳給海水后，進(jìn)入淡水箱中被儲(chǔ)存；海水淡化置內(nèi)未蒸發(fā)的海水濃度升高成為濃海水，排出船艙外。

2.1、模型的建立

海水淡化過(guò)程其實(shí)就是一個(gè)傳熱傳質(zhì)過(guò)程，根據(jù)質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律原理，建立如下的數(shù)學(xué)模型。

質(zhì)量平衡方程為：

在這個(gè)裝置中，能量平衡方程分為蒸發(fā)器能量平衡方程，冷凝器能量平衡方程和預(yù)熱器能量平衡方程。

蒸發(fā)器能量平衡方程

式中：S為海水中的含鹽量(g/kg)；Sb、Sf為濃海水和海水濃度(1×10-6)；Qe為蒸發(fā)器中換熱量(kJ)；Ae為蒸發(fā)器換熱面積(m2)；Ue為蒸發(fā)器換熱系數(shù)(kJ/(m2·℃))；mf，mb，md分別為海水上水量、濃鹽水排放量和產(chǎn)水量(kg/s)。