超声波蒸发器防除垢性能的研究

摘要

蒸发器广泛应用于油田化工、食品机械和其他许多工业部门，是一种通用的工艺设备。工业生产中蒸发器使用很多易于结垢或具有热敏性的物料，随着换热设备结垢率的增加，不仅增大了设备热阻，降低传热效率，而且污垢会腐蚀换热设备壁面，导致壁面穿孔，造成物料泄露和损失，严重时甚至会产生爆炸隐患。我国每年由于结垢造成的经济损失高达700亿元。
　　本文采用的超声波蒸发器是将超声波技术耦合到中央循环管蒸发器中，利用超声波的多种效应达到强化传热的新型蒸发设备。与此同时超声波蒸发器由于超声波振动所带来的除垢效果使得超声波蒸发器对于处理高含盐、易结垢以及易发泡、高沸点物料的浓缩具有重大意义。本文将浓度为4％的Na2CO3溶液和MgSO4溶液进行混合，通过4天的结垢实验在不锈钢管材和蒸发器壁面上进行结垢，运用超声波清洗器和超声波蒸发器进行除垢实验，得到超声波蒸发器在除垢阻垢方面的工艺参数和最佳提高效果。实验结果表明:
　　1)用功率100W超声波清洗器对饱和氯化钠溶液进行增溶实验得出超声波使饱和氯化钠溶液溶解度增加量是热作用的20倍，超声波作用30min使氯化钠的溶解度增加15.7％。
　　2)采用KQ-200TDE型高频数控超声波清洗器对结垢的不锈钢管材进行除垢，除垢前不锈钢管质量175.02g，除垢后质量为162.93g，除垢进行10分钟后不锈钢表面的垢层清除率达到99％。
　　3)无结垢时的超声蒸发器，蒸发温度越高、进料流量越大其传热系数越大，即在蒸发温度为85℃，进料流量为40L/h时传热系数达到最大。结垢后未加入超声波，蒸发器传热系数在高温时显著下降，但加入超声波后，随着蒸发温度的提高传热系数明显增大。
　　4)实验结果表明在未结垢时超声波蒸发器在超声波功率密度为0.9W/cm2时传热系数达到最佳，最佳值为1080.4W/m2·℃，而结垢时加入超声波在功率密度为0.6W/cm2时传热系数达到最大，最大值为1030.44W/m2·℃。污垢使传热系数最大下降了54.5％，加入超声波后蒸发器传热系数与未结垢时十分接近，表明污垢基本被清除，传热系数最高提高79.57％，平均提高35.93％。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究背景和意义

1．1．1 换热器的市场规模

1．1．2 换热器结垢的危害

1．2 现有除垢措施

1．2．1 化学除垢

1．2．3 物理除垢

1．3．1 污垢研究

1．3．2 超声波防除垢研究进展

1．3．3 超声波除垢案例

1．4 实验研究的主要内容

2 超声波防除垢及强化传热的基本理论

2．1 污垢的分类、形成机理与影响因素

2．1．1 污垢的分类及形成过程

2．1．2 污垢的形成过程

2．1．3 污垢生长的影响因素

2．1．4 垢的形成机理和预测模型

2．2．2 超声波防垢除垢理论

2．3 本章小结

3 超声波防垢除垢可行性实验

3．1．1 实验目的

3．1．2 实验设备简介

3．1．3 实验步骤

3．2 实验物料的选取及实验条件的确定

3．2．1 无机盐溶液的选取

3．2．2 生成垢质的分析

3．2．3 实验条件的选取

3．3．1 超声波阻垢实验

3．3．2 超声波除垢实验

3．4 本章小结

4 超声波蒸发器除垢阻垢实验

4．1．1 超声波蒸发器

4．1．2 超声波蒸发器工艺流程

4．2 实验方案确定

4．2．1 实验测量及方法

4．2．2 实验步骤

4．2．3 注意事项

4．3 除垢实验

4．3．1 不同蒸发温度下蒸发器结垢前后传热系数变化

4．3．2 无垢时超声波功率密度对传热系数的影响

4．3．3 不同流量下功率密度对传热系数的影响

4．3．4 不同蒸发温度下功率密度对传热系数的影响

4．3．5 超声波蒸发器除垢强化传热效率

4．4 误差分析

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

7 攻读硕士期间发表论文情况

致谢