蒸發(fā)是化工、冶金、能源、水處理等行業(yè)的基本流程單元之一。閃蒸是蒸發(fā)工藝中的特殊流程單元,常與多效多級蒸發(fā)聯(lián)用。閃蒸產(chǎn)生的高溫乏汽常常作為次級的加熱熱源使用,這種方式在充分利用能量的同時,可降低設(shè)備的投資成本及流程的運行成本。但該方式同時存在設(shè)備冗長、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易結(jié)垢等問題。由于閃蒸在低壓真空環(huán)境下發(fā)生,熱對流和熱傳遞等方式都無法實時地、快速地使得液體受熱。因此,選擇一種非接觸的加熱方式對閃蒸的熱量損失進(jìn)行實時原位補(bǔ)充,對提高閃蒸的蒸發(fā)效果具有一定現(xiàn)實意義。結(jié)合微波加熱所具有的體加熱、加熱速度快,加熱均勻、非接觸等特點,且介質(zhì)對微波的吸收在表面及內(nèi)部同時進(jìn)行。在閃蒸的工況背景下,利用微波對閃蒸腔中的液體進(jìn)行加熱,以期達(dá)到提高蒸發(fā)效果、縮減工藝流程,簡化設(shè)備構(gòu)成,節(jié)約投資成本的目的。在本文工作中,自行設(shè)計開發(fā)了微波閃蒸試驗系統(tǒng),試驗系統(tǒng)由微波發(fā)生系統(tǒng)、微波導(dǎo)入系統(tǒng)、閃蒸系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)、數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)及連接管道組合形成。采用水作為工質(zhì)在微波功率0.81kW-1.35kW、液體流量10L/h-40L/h、液體進(jìn)口溫度40℃-60℃、系統(tǒng)真空度0.075MPa的條件下開展了試驗研究,試驗結(jié)果表明,對于微波閃蒸系統(tǒng),在優(yōu)化條件微波功率1.35k W、液體流量40L/h、真空度0.075MPa下,微波及常規(guī)兩種工況的對比試驗微波工況下的蒸發(fā)冷凝水量為常規(guī)工況的兩倍,單級微波閃蒸可實現(xiàn)對常規(guī)閃蒸兩級的替代。對閃蒸腔體溫度、壓力進(jìn)行實時對比研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),微波工況下的閃蒸腔體溫度、壓力均高于常規(guī)工況。采用非量綱特征數(shù)不平衡常數(shù)(NEF)、雅克布數(shù)(Ja)、GOR等對閃蒸過程進(jìn)行表征分析,證明了微波工況下的熱變化比常規(guī)工況下更加劇烈。同時,根據(jù)能量平衡原理及質(zhì)量平衡原理,建立了微波閃蒸過程的熱平衡方程,以方程和實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),計算了微波閃蒸過程在不同試驗條件下的熱效率,在最優(yōu)條件下,系統(tǒng)的電熱轉(zhuǎn)化效率為76.66%。
【學(xué)位單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ028.61
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 化工蒸發(fā)的類別及面臨的問題
    1.2 閃蒸過程的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 液膜閃蒸過程的研究
        1.2.2 噴霧閃蒸過程的研究
    1.3 微波加熱及微波加熱液體、液滴
        1.3.1 微波加熱原理
        1.3.2 微波加熱液體、液滴的研究
    1.4 本文的研究意義及內(nèi)容
第二章 微波閃蒸的理論分析及過程表征
    2.1 閃蒸的理論分析及表征
        2.1.1 基本假設(shè)與理論模型
        2.1.2 閃蒸的過程表征
    2.2 微波閃蒸腔中的傳熱過程及其熱損失
        2.2.1 微波諧振腔及其基本參數(shù)
        2.2.2 閃蒸腔中的熱傳遞分析
        2.2.3 閃蒸腔中的傳熱過程簡析
        2.2.4 閃蒸腔中的熱損失分析
    2.3 本章小結(jié)
第三章 試驗系統(tǒng)與試驗設(shè)計
    3.1 微波閃蒸試驗系統(tǒng)的設(shè)計要求
        3.1.1 微波諧振腔的設(shè)計要求
        3.1.2 閃蒸系統(tǒng)的設(shè)計特點
    3.2 微波閃蒸試驗系統(tǒng)
        3.2.1 系統(tǒng)組成
        3.2.2 閃蒸腔的內(nèi)部布置結(jié)構(gòu)
        3.2.3 微波閃蒸試驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分布
    3.3 微波閃蒸試驗系統(tǒng)的儀器儀表
    3.4 試驗設(shè)計及步驟
        3.4.1 試驗設(shè)計
        3.4.2 試驗步驟
    3.5 本章小結(jié)
第四章 微波閃蒸的工藝研究
    4.1 閃蒸腔內(nèi)部布置結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)冷凝方式的影響
        4.1.1 不同閃蒸腔內(nèi)部布置結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)效果
        4.1.2 不同閃蒸腔內(nèi)部布置結(jié)構(gòu)的腔體溫度
        4.1.3 不同冷凝方式的蒸發(fā)效果
        4.1.4 不同冷凝方式的腔體平均溫度
    4.2 微波閃蒸系統(tǒng)的蒸發(fā)效果
        4.2.1 微波工況的蒸發(fā)效果
        4.2.2 常規(guī)工況的蒸發(fā)效果
        4.2.3 在不同工況條件下不同原液初始溫度的蒸發(fā)效果
        4.2.4 在不同工況條件下不同液體流量的蒸發(fā)效果
        4.2.5 不同工況下的蒸發(fā)效果隨閃蒸時間的變化
    4.3 閃蒸過程中的溫度變化規(guī)律
        4.3.1 閃蒸系統(tǒng)內(nèi)部的傳質(zhì)過程描述
        4.3.2 常規(guī)工況的閃蒸腔溫度分布
        4.3.3 微波工況的閃蒸腔溫度分布
        4.3.4 不同試驗條件和不同工況的閃蒸腔實時蒸汽溫度
        4.3.5 閃蒸腔液體進(jìn)出口溫差研究
    4.4 微波閃蒸系統(tǒng)內(nèi)部的壓力變化研究
        4.4.1 常規(guī)工況的閃蒸腔壓力變化
        4.4.2 微波工況的閃蒸腔壓力變化
        4.4.3 不同工況的閃蒸腔壓差研究
    4.5 本章小結(jié)
第五章 微波閃蒸過程的熱動力特征及熱效率研究
    5.1 微波閃蒸過程的熱轉(zhuǎn)化規(guī)律
        5.1.1 微波工況與常規(guī)工況的NEF值對比
        5.1.2 微波工況下NEF隨液體流量的變化
        5.1.3 NEF變化與腔體內(nèi)部熱環(huán)境的關(guān)系
    5.2 微波閃蒸過程的顯熱潛熱轉(zhuǎn)化規(guī)律
        5.2.1 常規(guī)工況的Ja數(shù)的變化規(guī)律
        5.2.2 微波工況的Ja數(shù)的變化規(guī)律
    5.3 微波閃蒸過程的熱動力探討
    5.4 微波閃蒸過程的熱效率
        5.4.1 微波閃蒸過程的熱效率表征研究
        5.4.2 微波閃蒸系統(tǒng)的熱效率數(shù)值研究
        5.4.3 微波閃蒸系統(tǒng)熱效率計算的參考數(shù)據(jù)
        5.4.4 微波閃蒸系統(tǒng)的熱效率及變化規(guī)律
    5.5 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄A 碩士期間的科研成果及參與項目

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2862625