500L/d超级电容法海水淡化装置设计和建模仿真

论文摘要

随着全球人口的高速增长、气候环境的异常改变、能源需求的不断增加以及管理不善造成的污染与浪费,淡水资源短缺已经发展成为人类面临的最主要的生存危机。面对日益严峻的水资源危机,全世界的研究人员都在寻求解决之道,其中,依靠海水淡化技术,把储量丰富的海水转换成能被人们利用的淡水成为最有可能的解决途径之一。与传统的海水淡化技术如热法、膜法等相比,电容去离子技术作为一种新型海水淡化技术具有操作简单、能耗低、绿色环保等优点,越来越受到国内外学者的关注。本文首先分别介绍了用于电容去离子法模拟的两种模型,类一级反应动力学模型和摩尔净化速率模型。通过对比分析,选择了可用于研究各操作参数对去电容离子过程影响的摩尔净化速率模型,并对该模型解吸附阶段电阻进行适当修正,使模拟结果更加符合实际情况。然后通过选定的模型建立了海水淡化的Simulink仿真模型。根据Simulink仿真模型,研究了各操作参数对最小出水浓度的影响。模拟结果表明,最小出水浓度随着电压与电容的增大而降低,随着流量、流道体积以及死区体积的增大而升高;吸附阶段所用时间随着电压和电容的增大而增加,随着流量,流道体积的增加而减少,随着死区体积的增加而几乎不变。根据产水效率和能耗大小对参数进行优化,最终确定当流量为0.5mL/s,加载电压为1.2V时,效果最佳。运用建立的仿真模型,进行了500L/d电容法海水淡化装置的设计。其流程如下,30个通道串联数目为10的装置同时运行,吸附11min,之后电极反向通电2min,最后反冲洗3min,完成一个处理循环。制作试验装置,测试和优化了处理不同电导率的NaCl溶液的操作参数。当处理电导率为3000μS/cm盐水时,若追求高产水量,则操作参数设置为正反充电压1.2V、流量700mL/min,产水量738.7L/d;若追求低能耗,则操作参数可选,正反充电压0.8V、流量650mL/min,产水量526.56L/d。当处理电导率为10000μS/cm盐水时,较优的操作参数是:正反充电压为1.0V、进水流量为450mL/min、得到的水量为370.32L/d。当处理电导率为35000μS/cm盐水时,先设置较高的正反充电压及适宜的流量脱盐到中高浓度,再进行参数优化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 海水淡化技术简介
•     1.2.1 多效蒸发
•     1.2.2 多级闪蒸
•     1.2.3 电渗析法
•     1.2.4 反渗透法
•   1.3 电容去离子法海水淡化技术
•     1.3.1 电容去离子法海水淡化的发展历程
•     1.3.2 电容去离子法的理论基础
•     1.3.3 电容去离子法的基本原理
•     1.3.4 电容去离子法的电极材料
•     1.3.5 电容去离子技术的优点
•   1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 电容法海水淡化模型的建立
•   2.1 电容法海水淡化系统流程
•   2.2 电容去离子法数学模型
•     2.2.1 类一级反应动力学模型
•     2.2.2 摩尔净化速率模型
•   2.3 电容法海水淡化系统的仿真模型
•   2.4 本章小结
• 第3章 电容法海水淡化各操作参数的影响及优化
•   3.1 流量对出水浓度的影响
•   3.2 电压对出水浓度的影响
•   3.3 电容对出水浓度的影响
•   3.4 流道体积对出水浓度的影响
•   3.5 死区体积对出水浓度的影响
•   3.6 操作参数的优化
•   3.7 本章小结
• 第4章 500L/d海水淡化装置的设计
•   4.1 海水淡化系统流程设计
•   4.2 CDI组件设计
•     4.2.1 CDI处理单元设计
•     4.2.2 电极材料的选型及尺寸
•     4.2.3 有机玻璃端板
•     4.2.4 硅胶垫片
•     4.2.5 集电极板
•     4.2.6 绝缘网
•   4.3 其它各部件选型
•   4.4 本章小结
• 第5章 海水淡化装置试验研究
•   5.1 电导率为3000μS/cm氯化钠溶液的测试与参数优化
•   5.2 电导率为10000μS/cm氯化钠溶液的测试与参数优化
•   5.3 电导率为35000μS/cm氯化钠溶液的测试与参数优化
•   5.4 试验中存在的问题与改进措施
•     5.4.1 存在的问题
•     5.4.2 改进措施
•   5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学位论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 荣一龙

导师: 姚寿广

关键词: 电容去离子,海水淡化,模拟,优化,设计

来源: 江苏科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 江苏科技大学

分类号: P747

总页数: 65

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