熱管式真空蒸發器海水淡化技術分析

楊海南

摘 要：本文介紹了熱管的組成及其工作原理，以及真空蒸發器的組成，分析了熱管的傳熱極限計算過程以及真空蒸發器海水淡化技術對淡水產量的影響因素，為熱管式真空蒸發器的發展提供了依據和指導。

關鍵詞：熱管 真空 蒸發器 海水淡化

引 言

在當今工業飛速發展的今天，淡水資源緊缺已經成為世界各國發展中不得不面對的嚴峻問題。而根據聯合國統計，世界范圍內約36%的人口缺少干凈安全的飲用水，7.8 億人面臨飲水困難。[1]在地球表面，海洋面積比陸地表面積的四分之三還要多。而在地球總水量中，海洋大約擁有了近95%儲水量，因此在全球淡水資源嚴重緊缺的情況下，海水淡化體現的越來越重要。

1.熱管式真空蒸發器的原理與流程

熱管通常由蒸發段、絕熱段組成。但是有的熱管還含有冷凝段。所謂的真空指的是管內為高度真空，在它的真空環境里面填裝的有適量的工作介質，并且使用相應的材料采用多孔結構進行設計。

熱管蒸發器主要由壓力容器、接管、控制儀表、分布器、除沫器、熱管等組成。在壓力容器中產生蒸氣。對于傳熱元件來講，熱管在其中的作用無可替代，目的就是讓壓力容器中的海水受熱進行熱交換而蒸發。熱管蒸發段的熱量傳給熱管，管內工質吸收熱量然后再將熱量變成蒸氣然后到冷凝段釋放熱量變成液體，由于受到重力作用再次回到蒸發段。[2]往復這個過程，就將海水蒸發進行脫鹽處理，其裝置如圖1所示。[3]

2.熱管式真空蒸發器海水淡化的技術發展

隨著科學技術的發展和生產力的不斷進步，海水淡化技術目前及未來的發展趨勢是朝著低能耗，高效率，大規模化的目標發展。目前，已經用于工業生產的熱管蒸發器，因其結構簡單、傳熱系數較大、輕便、熱阻小、部件固定、易維修等優點。[4]被當做目前的一種主流技術用于海水淡化工業。

下端熱管在外部加熱裝置的加熱狀態下將熱量吸收，并傳遞到上端熱管；蒸發段內的熱量通過熱管傳遞到冷凝段；蒸汽凝結的位置為在冷凝段的上方；熱量通過工質和管壁傳給冷源；最后冷凝后的工作液體回流到蒸發段中。

熱管的熱導系數比金屬要好。由于其熱阻低，不易產生溫差波動，所以熱管的傳熱特性很穩定。

3.熱管的傳熱極限計算

在工業生產以及日常生活中，萬事萬物都達不了理想的狀態。因此真空蒸發器中的熱管傳熱系數也是有一定的最大值的，即存在一定的極限。其熱負荷也是有限的。實際上有許多因素制約著熱管的傳熱能力。它們包括聲速，蒸汽壓力和結構，熱管的尺寸、形狀、工作介質、工作溫度等影響著傳熱極限。熱管傳遞功率是有限制的，存在著傳熱極限 ，典型熱管傳熱極限有：攜帶極限、毛細極限、粘性極限、沸騰極限、聲速極限、冷凝極限。[5]

3.1重力熱管的攜帶傳熱極限計算

4.影響熱管真空蒸發器海水淡化產量的因素

大量的研究表明，在熱管式真空蒸發器海水淡化技術中，主要的影響因素有：熱管真空部分的工質的選擇、熱管管材的確定。熱管主要靠其內部工質的相變和其流動過程中質量的轉移來傳遞熱量的。所以考慮工質的時候要注意一下幾點：（1）工質的熱穩定性以及工質材料和熱管材質兩者間之間要符合相似相容原理。假如工質和熱管材料不相容，熱管的性能就會降低甚至會造成熱管失效；（2）作為熱管中工質包括：①汽化潛熱高；②導熱系數大；③粘度低；④表面張力系數大；⑤潤濕能力高；⑥沸點適當；（3）安全及經濟性。應該采用易燃、易爆、有毒的工質來作為熱管中的工作介質，否則一旦發生事故時后果會很嚴重，造成的損失也無法估計。同時，選擇管材時也必須從多個角度和維度出發。具體的要求有以下幾點：（1）材料的強度、剛度、柔韌性等基本力學性能；（2）材料的使用壽命和平均更換頻率；（3）材料的來源、制造成本。

5.結束語

在淡水資源極度缺乏的今天，海水資源取之不盡，用之不竭。因此，海水淡化技術不失為一個合理優先的選擇，即滿足了人們的有水需求和推動經濟的發展，又能造福于我們的子孫后代。熱管式真空蒸發器的海水淡化技術由于產量高、水質好，得到了世界水資源缺乏各國的高度重視，相信在未來，熱管式真空蒸發器海水淡化技術必定為人類做出巨大的貢獻。

參考文獻：

[1] Anthony Bennett. 50th Anniversary：Desalination：50 years of progress， Filtration Separatio[J].2013，50（3）：32-39

[2] 馬麗春，李菊香.熱管式蒸發器和管束式蒸發器應用分析[J].南京化工大學報，2000（6）：82-85.

[3] 郭雪華.熱管式真空蒸發器的設計與研究[D].大連理工大學.2000.

[4] 王俊紅，高乃云，范玉柱，施利毅.海水淡化的發展及應用[J].工業水處理，2008，28（5）：6-9.

[5] 杜軍，程冉冉，鄭喜洋.重力換熱器的設計及數值模擬分析[J].機械制造，2016（3）.