河北科技大学毕业设计.doc

本 科 毕 业 设 计 第 1 页 共 43 页 1 引言 1.1 反渗透海水淡化技术的发展及现状海水淡化是科学家们多年来不断进行研究的技术课题。随着水资源危机的加剧，海水淡化技术得到迅速发展。在已经开发的二十多种淡化技术中，蒸馏法、电渗析法、反渗透法都已经达到工业规模化生产的水平。最早的淡化方法有两种：冷冻法和蒸馏法。 冷冻法，即冷冻海水使之结冰，在液态淡水变成固态冰的同时盐被分离出去。这两种方法都有难以克服的弊端，其中蒸馏法会消耗大量的能源并在仪器里产生大量的锅垢，而所得到的淡水却并不多；而冷冻法同样要消耗许多能源，但得到的淡水味道却不佳，难以使用。 蒸馏法，即将水蒸发而盐留下，再将水蒸气冷凝为液态淡水。这个过程与海水制盐的过程相似，其相异的地方是人类要攫取的是淡水。蒸馏法海水淡化技术利用热能将海水转化为优质淡水，它又分为低温多效、多级闪蒸和压汽蒸馏三种技术。蒸馏法海水淡化技术是最早投入工业化应用的淡化技术。蒸馏法具有可利用电厂和其他工厂的低品位热、对原料海水水质要求低、装置的生产能力大等优点，是当前海水淡化的主流技术，占海水淡化技术总市场份额的57%以上。 反渗透海水淡化法是二十世纪六十年代后期发展起来的一项新技术。渗透是一种物理现象，当两种含有不同浓度盐类的水，如用一张只让淡水通过而不让盐分通过的“半透膜”隔开，就会发现含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中，而所含的盐分并不渗透，这样，直到两边含盐浓度相等为止。然而，要完成这一过程需要很长时间，这一过程也称为自然渗透。但如果在含盐量高的水侧，试加一定压力，其结果可以使上述渗透停止，这时的压力称为渗透压力。如果压力再加大，可以使水向相反方向渗透，而盐分剩下。因此，反渗透淡化法，就是在有盐分的水中（如原水），施以比自然渗透压力更大的压力，使渗透向相反方向进行，把原水中的水分子压到膜的另一边，变成洁净的水，从而达到除去水中盐分的目的，这就是反渗透淡化法的原理。反渗透主体设备主要由高压泵、反渗透膜、能量回收三部分组成。在足够高压力的情况下，除水分子外，水中其他矿物质、有机及各种离子几乎都被拒之于膜外，并被高压水流冲出。渗透到另一面的水即是安全、卫生、纯净的水。反渗透法最大的优点是节约能源，生产同 。1/40等质量的淡水它的能源消耗仅为蒸馏法的． 本 科 毕 业 设 计 第 2 页 共 43 页 随着海水淡化技术的发展，反渗透已成为所有海水淡化方法中最具竞争力的脱盐技术之一，因此从1974年以来，世界上的发达国家不约而同地将海水淡化的研究方向转向反渗透法。但其产品水成本与传统的市政供水相比较仍较高。反渗透系统中的能耗约占海水厂总运行费用的75%，而且随着社会的发展能量成本还在增加，减少系统能耗已成为降低反渗透淡化运行成本的有效方法之一。在淡化系统中，反渗透膜组件排出的浓盐水仍有很高的压力，如能回收这部分能量来增压进料海水，则系统能耗将大幅度降低，为了降低能耗，余压能量回收装置已成为淡化系统中必不可少的关键设备 1.2反渗透基本原理 反渗透是一种高效节能的膜技术，以压力为驱动力将进料水中的水（溶剂）和离子（或小分子）分离，从而达到纯化和浓缩的目的。反渗透基本原理如图1-1所示。用半透膜分离浓度不同的两个水溶液，稀溶液测得水会自发的通过半透膜流入浓溶液侧，这种现象叫做渗透。如在浓溶液侧施加压力△P，则水的自发流动将受到抑制而减慢，当施加的压力达到某一数值时，水通过摸的净流量等于零，出现渗透平衡，浓盐水侧所施加压力称为渗透压△II。渗透压的大小取决于溶液的种类、浓度和温度，而与膜本身无关。如在浓溶液侧施加大于渗透压的外压△P，就能使水分子透过半透膜向稀溶液侧扩散渗透，上述现象是反渗透的基本原理。在实际操作中，为了提高透过水量，所加的外压一般都达到渗透压差的若干倍。 2 海水淡化缸材料的选择 2.1 玻璃钢 玻璃钢（FRP）亦称作GRP，即现为强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体。以玻璃纤维或其制品作为增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓为玻璃钢。由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。质轻而硬，不导电，机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。可以代替钢材制造机械零件和汽车、船舶、压力容器外壳等。 2.1.1 玻璃钢的力学性能 玻璃钢的力学性能突出的一点是比强度高，这是金属材料和其他材料无法比拟的。 玻璃钢质轻而高强的性能，来源于较低的树脂密度以及玻璃纤维的高抗伸强度（普 本 科 毕 业 设 计 第 3 页 共 43 页 通钢材的5倍以上）。玻璃钢的密度随着树脂含量的不同而有所不同。从高树脂含