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超声式蒸发器除垢性能研究 Descaling Performance of Ultrasonic Evaporator 专业名称： 过程装备与控制工程 姓名: 房世杰 指导教师姓名： 申请学位级别： 学士 论文提交时间： 2015年6月 学位授予单位： 天津科技大学摘 要 超声式蒸发器是利用超声空化提高蒸发浓缩效率的一种新型的蒸发设备，它适用于各种蒸发换热设备，尤其是可用于容易在蒸发器内部结垢的物料的蒸发由于超声波技术的应用还存在一些问题没有解决，所以没有大范围的应用于工业生产本文以无机盐溶液和水作为实验物料，研究超声式蒸发器的传热性能实验结果表明：1) 利用Excel表格对数据进行单因素法处理得出各主要操作因素对超声式蒸发器性能的影响：传热系数随着超声波功率先增大后减小，随着进料量增大而增大，随着进料温度先增大后减小，随着传热温差的变化是以50℃为分界线，两种趋势都是先增大后减小2) 利用Minitab对数据进行处理，采用响应面分析法得出各影响因素对传热系数的最佳响应面，分析可以发现各操作因素对传热系数的敏感程度：传热温差＞蒸发温度＞流量＞超声波功率密度，在对所有因子的最佳响应面综合分析得到超声波蒸发最佳效果时操作条件。

3) 离子色谱分析仪对样品分析表明在二次蒸汽内各离子的含量大约是浓缩液的千分之一二次蒸汽中的离子含量可以忽略不计，达到设计要求关键字：超声空化； 传热系数； 无机盐； 响应面分析Abstract窗体顶端Ultrasonic evaporator is concentrated by evaporation using ultrasound to im-prove the efficiency of a new evaporation plant, which applies to all kinds of evaporation heat transfer equipment, especially the evaporator can be used easily inside the evaporator fouling materials. Since the application of ultrasound technology, there are some issues remain unresolved, there is no large-scale applied to industrial production. In this paper, inorganic salt solution and water as experimental materials to study heat transfer performance of the ultrasonic evaporator. The results showed that:1） Forms for data use Excel single factor that deal with the influence of the main operating factors on ultrasonic evaporator performance: heat transfer coefficient with the ultrasonic power first and then decrease, as the feed rate increases, as the feed temperature then decreases, with the change of the temperature difference is the dividing line after 50 ℃, two trends are the first increases and then decreases.窗体顶端2） Use Minitab for data processing, obtain various factors on the heat transfer coefficient of the best response surface using response surface analysis, factor analysis can be found in each operation sensitivity of the heat transfer coefficient: temperature difference> evaporation temperature> Flow> ultrasonic power density, in the best of all the factors to get a comprehensive analysis of response surface ultrasonic evaporator operating conditions for best results.窗体底端窗体顶端3) ion chromatography analyzer for sample analysis showed that in the second steam content of each ion is about one-thousandth of the concentrate. Secondary steam in terms of ion content can not be ignored, to meet the design requirements.窗体底端窗体底端Keywords: Ultrasound; heat transfer coefficient; salts； Response surface analysis窗体底端目 录1 前言 11.1 污垢的性质极其对换热设备影响、对污垢的监测 11.1.1 污垢的性质及分类 11.1.2 污垢对换热设备的影响 21.1.3污垢层的监测 31.2 除垢方法 41.2.1 化学除垢 41.2.2高压水除垢 41.2.3机械清洗 41.2.4清洗 51.2.5超声波除垢 51.3 超声波除垢在国内外研究现状 61.3.1 超声波防垢除垢在国内的应用 61.3.2 超声波防除垢在国外的应用 81.3.3 超声式防除垢的不足 91.4 课题研究的背景及意义 91.4.1 研究课题的背景 91.4.2 课题研究的意义 101.4.3 本文的研究工作 102 实验原理 112.1 传热原理 112.1.1 自然循环原理 112.1.2 中央循环管式蒸发器 112.1.3 传热系数K 122.2 超声波防除垢技术原理 142.2.1 空化效应 142.2.2 活化效应 152.2.3 抑制效应 152.2.4 剪切效应 152.3 除垢机理 152.3.1 硬质污垢的除垢机理 152.3.2 软垢层的除垢机理 152.3.3 对人体无害 163 实验研究 173.1实验简介 173.2无机盐超声蒸发实验 173.2.1实验目的 173.2.2实验流程 173.2.3实验步骤 193.3无机盐离子检测实验 203.3.1简易真空超滤装置 203.3.2离子色谱仪进行离子检测 213.4单因素实验结果与分析 233.4.1进料温度对传热系数的影响 233.4.2进料流量对传热系数的影响 233.4.3传热温差对传热系数的影响 243.4.4超声波功率密度对传热系数的影响 253.5中心复合实验 263.5.1中心复合法实验设计 263.5.2中心复合法实验设计优势 273.5.2.1实验设计概述 273.5.2.2中心复合实验设计的特点 283.5.3中心复合实验设计方案实施 283.5.4选定模型的分析讨论 283.6 离子检测数据分析 324 结论 355 展望 366 参考文献： 377 致谢 39附录 40天津科技大学2015届本科生毕业论文1 前言 本章主要介绍了污垢的种类及其形成过程,污垢的除去方法由此来引出超声波防除垢性能,并对除垢方法加以比较得出超声波除垢的优势所在,在本部分的结尾简单介绍了本研究的主要工作。

1.1 污垢的性质极其对换热设施的影响、对污垢的监测 1.1.1 污垢的性质及分类所谓的污垢，是说在与不洁净流体接触的固态物质表面上或基材内部随着时间的增加而慢慢积聚而成的那层固态物质或软泥状物质在1991年时，根据Somerscales对换热器中换热板上阻碍换热的污垢下了一个相对来说比较严格的定义：凡是换热器内换热面上存在的正常换热和使得物料流过换热面时阻力增加的物质均为污垢[1]Epstein在第六届国际传热大会上通过对污垢形成的主要机制对其分类[2]，因其利于对污垢特性的认识和研究而被国际科技工程所接受根据能够造成污垢沉积的主要物理或化学原因，污垢的种类可分为以下几类：（1） 由于结晶而析出的污垢；饱和的物料在流经换热面时，物料中的无机盐物质与换热面接触并附着在换热面上的结晶体而这种污垢的形式正是最为常见的污垢种类，大多是都是无机盐在作怪，我们常见的镁类盐物质、钙盐等等都是最易形成污垢的盐溶液众所周知，中国的水质问题一直很严重不能得到改善所以中国工厂中许多的换热器都是由于水质问题，导致碳酸钙形成的污垢附着在换热器的换热面上，使得换热效率降低，大大影响到生产效率微粒污垢：指漂浮在物料中的固态状微粒堆积在和它接触的换热面上而造成的污垢。

这类污垢包含了相对大的固态状微粒在固体的表层上由于重力形成的沉降，即常说的沉积污垢和以其它不同原因形成的胶状的粒子沉积物质2） 化学物质反应形成的污垢：化学反应无处不在，物料彼此之间参与反应很正常，这也就导致了物料之间反应所产生的物质附着在换热面上但这并不代表换热面也是反应物，有时候换热面能够使化学反应加快这样的离子数不胜数，所以在选取材料时候一定要注意许多化合物之间的聚合等都可以造成在这种效果在选取换热器使用的材料时，需要根据要处理的物料来确定，这样就不会对传热系数造成太大的影响3） 腐蚀污垢：指流体中含有腐蚀性的杂质或者流体具有腐蚀性对换热器的换热面腐蚀，甚至是流体与换热面发生化学反应而形成的污垢这种污垢一旦形成不但污染了换热面，还有可能使其他的污染物附着在换热面从而形成新的垢层就一般情况下而言，虽然腐蚀的程度原因有很多，但主要是因为物料的成分问题，物料自身进料的温度还有物料的酸碱度来决定4） 生物污垢：生物污垢是工业污垢的重要组成部分它是指因为微生物和可视状态的有机物质依着在传递面上从而形成的污垢流体中的生物产生污垢，形成的污垢层反过来又为生物繁殖提够条件，其对温度很敏感且在适宜条件下可形成相当厚度的污垢层。

形成污垢的微生物生长条件不是太苛刻，一旦它们找到了对它们适合的条件，它们会疯狂的繁殖，不断地附着在换热器的换热面上这样的话，换热器的污垢热阻会受到影响，而且还会大大影响到传热系数，不但影响到生产效率，对换热设备还会腐蚀造成损害严重的时候，由于换热设备在不为人知的情况下发生损害，导致停机在工业生产中都。