水处理与制冷系统及设备.pptx

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1、 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备14.1.1 14.1.1 水的过滤 过滤是一系列过程的综合效应，包括筛滤，深层效应和静电吸附等。水中粒子直径大于过滤层的孔径时，离子被阻挡在过滤层的表面，称为表面过滤。而小于过滤层孔径的离子进入滤层深处，由于滤层孔隙弯曲，形状大小不断变化，最终使小粒子被截留，这种作用属深层过滤。水的过滤实际包含两个过程，即过滤和冲洗，过滤为水的净化过程，冲洗是从过滤介质上冲洗掉污物，使之恢复过滤能力的过程。第1页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备1砂滤棒过滤器 砂滤棒过滤器外壳是由铝合金铸成锅形的密闭容器，器内分上下两层，中

2、间以孔板分开。若干根砂滤棒紧固于上，孔板上（下）为待滤水。其下（上）为砂滤水。操作时，水由泵打入容器内，在外压作用下，水通过砂滤棒的微小孔隙进入棒孔体内，水中离子则被截留在砂滤表面。滤出的水可达到基本无菌。砂滤棒（又称砂芯）系由硅藻土在高温下熔制成半熔圆的过滤介质，或由硬质玻璃烧结而成。国产砂滤棒过滤规格如表14-1所示。第2页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备表14-1 国产砂滤棒过滤器规格 规格高直径厚/压强为196 时的流量/（型号每台砂滤棒根数/（根/台）101型铝合金滤水器106型铝合金滤水器112型铝合金滤水器108型铝合金滤水器单支压力滤水器8005

3、00204503201040030010320260102807050101型滤棒19106型滤棒12112型滤棒6108型滤棒7109型滤棒1150080050025030第3页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备2活性炭过滤器 用于水处理的活性炭微孔径为25nm，常用于离子交换法和电渗析法的前处理，可有效地保护离子交换树脂，防止树脂污染。活性炭过滤器结构与一般机械过滤器相似（图14-1），过滤器底部装填0.20.3m厚，粒径为14nm的石英砂层作为支持层。石英砂上面铺装1.02.0m厚活性炭层，操作时，水由顶部自然顺流下降过滤，由底部排出。表14-2列出了部分活

4、性炭过滤器规格。第4页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备图14-1 活性炭过滤器 第5页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备表14-2 部分活性炭过滤器规格规格处理水量/（设备质量/层高/质量/）活性炭150020002500300017.731.449.070.0200020002000200017653140490070652671402068609260第6页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备 活性炭过滤器运行一段时间后，因截污量过多，暂时失去活性，需反洗再生，其步骤为：反洗。清水以810l/(m2

5、s)的反洗强度从底部进入，反洗时间1520min。蒸汽吹洗。从底部通入0.3MPa饱和蒸汽吹洗1520min。淋洗。用6%8%NaOH溶液（40）从顶部通入洗涤。洗涤量为活性炭体积的1.21.5倍。正洗。原水至顶部通入，冲洗至出水符合规定水质要求。第7页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备14.1.2 14.1.2 水的软化1离子交换装置（1）固定床离子交换装置 水处理中最简单的方法是采用固定床，即将离子交换树脂装填于管柱式容器中，形成固定的树脂层。操作时，交换、反洗、再生、清洗四个过程间歇反复地在同一装置中进行，而离子交换树脂本身不移动，也不流动。第8页/共59页

6、 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备 单床是固定床中最简单的一种方式。常用的钠型阳离子交换装置即属这一方式。多床是同一种离子交换剂，两个单床的串联方式。当单床处理水质达不到要求时可采用多床。复床是两种不同离子交换剂的交换器的组合，即一个阳离子交换树脂单床与一个阴离子交换树脂单床串联。混合床是将阴阳离子交换树脂置于同一柱内，相当于多级阴阳离子柱串联起来。处理水质较高。多层床是在一个交换柱中装有两种树脂，上下分层不混合。第9页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备（2）连续离子交换装置 固定床离子交换的缺点是树脂用量多而利用率低，操作不连续。为提高树脂利

7、用率，20世纪60年代出现了连续式离子交换装置，有移动床和流动床两种。流动床是完全连续工作的，它在进行交换的同时不断从交换塔内向外输送失效的交换树脂，且又不断向交换塔内输送再生后的树脂。第10页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备 移动床装置如图14-2所示，离子交换树脂装于交换塔中，原水从下部流入，软水从塔上部流出。交换一定时间（一般4560min）后停止交换，将交换塔中失效树脂送至再生塔还原，同时从清洗塔向交换塔上部补充相同量的已还原清洗的树脂。出水水质稳定，交换树脂及还原液的利用率比固定床高，其缺点是交换树脂磨损较大，耗电量较多。第11页/共59页 14.1

8、14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备图14-2 移动床离子交换装置 1交换塔；2清洗塔；3再生塔 第12页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备（1）工作原理 电渗析装置是利用阴、阳离子交换膜对水中离子具有选择性和透过性的特点，在外加直流电场的作用下，使原水中阴、阳离子分别通过阴离子交换膜和阳离子交换膜迁移，从而达到除盐的目的。电渗析工作原理如图14-3所示。第13页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备图14-3 多层膜电渗析器工作原理 第14页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备 进入1、3、5、7室的离

9、子，在电场作用下定向移动。阳离子移向阴极，透过阳膜进入2、4、6、8室。阴离子移向阳极，透过阴膜进入2、4、6、8室。因此，从第1、3、5、7室流出来的水中，阴、阳离子都会减少，成为淡水。而进入第2、4、6、8室的水中离子也要定向移动。阳离子要移向阴极，但受阴膜的阻挡而留在室内，阴离子要移向阳极，受阳膜的阻挡也留在室内。且第1、3、5、7室中的阴阳离子都要穿过膜进入水中，所以从第2、4、6、8室流出来的水中，阴阳离子数都比原水中的多，成为浓水。第15页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备（2）电渗析器结构 电渗析器有立式和卧式两种。其基本部件均是由交换膜、隔板、电极

10、、极框、压紧装置等组成（图14-4）离子交换膜是一种由具有离子交换性能的高分子材料制成的薄膜。按其透过性能分为阳离子交换膜和阴离子交换膜。能透过阳离子的叫阳离子交换膜，能透过阴离子的叫阴离子交换膜。目前常用的阳离子交换膜为磺酸基型，带负电荷，吸收水中的阳离子，并让其通过该膜，而阻止负离子的通过。第16页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备图14-4 立式电渗析器装置 1阳级室；2导水板；3压紧框；4膜堆；5阴级室；6压滤机式销紧装置 第17页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备（3）电渗析器的组装形式电渗析器的组装方式取决于进水的水质和对

11、出水的要求。一般说，要增加出水量，可将各组膜堆并联；要求提高出水水质，应将各组膜堆串联。在组装中，通常用“对”、“极”和“段”表示。电渗析器的组装形式有一级一段、一级多段、多级一段、多级多段4种，图14-5，图14-6分别为多级一段和多级多段的组合方式。第18页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备图14-5 电渗析器多级一段并联组合 第19页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备图14-6 电渗析器多级多段串联组 第20页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备14.1.3 14.1.3 水的杀菌 水的杀菌方法很多，

12、目前常用氯、臭氧及紫外线杀菌。1氯杀菌氯气进入水中可生成次氯酸，次氯酸具有强烈的氧化作用，可以破坏细胞内酶和细菌的生理机能使细菌死亡。我国水质标准规定，在管网末端自由性余氯保持在0.10.2mg/L之间。常采用的氯杀菌试剂还有活性二氧化氯、漂白粉和次氯酸钠，其中前者具有杀菌能力强，水纯净，不增加水的硬度，杀菌效果好，使用方便等优点，但制备成本较高 第21页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备2臭氧杀菌 臭氧是一种强氧化剂，它能氧化水中的有机物，破坏微生物原生质，杀死微生物，亦能破坏微生物孢子和病毒，同时用作除去水臭、铁和锰及脱色，杀菌性能优于氯。在欧洲，臭氧已广泛用

13、于水的杀菌，臭氧杀菌系统包括空气净化设备，臭氧发生器和臭氧加注设备。臭氧在水中溶解度极小，为使臭氧与水充分混合，一般用喷射法加注臭氧，以增加与水的接触时间，另外水池应保持一定高度。图14-7所示为臭氧杀菌流程。第22页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备1空气净化降温干燥塔；2臭氧发生器；3变压器；4喷射器；5消毒水池；图14-7 臭氧杀菌流程第23页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备3紫外线杀菌 波长为200295nm的紫外线有杀菌能力，能用来对水进行杀菌。图14-8所示为隔水套管式紫外灯杀菌装置。使用时，紫外灯悬挂在水面上，待杀菌的

14、水以200厚的薄层缓慢通过照射区。也可将紫外灯沉浸在水中，水慢慢流过以灭菌。一般水上灭菌多采用低压汞灯，沉浸于水中采用高压汞灯，后者的杀菌效果高于前者。杀菌率可达97%以上。表14-3列出了部分紫外灯使用参数。第24页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备图14-8 隔水套管式紫外灯杀菌装置 第25页/共59页 14.1 14.1 水处理系统及设备水处理系统及设备表14-3 紫外高压汞灯使用参数 水流量(最大照射半径/最短照射时间/型号 )大肠菌数（个/L）细菌总数（个/L）AKX-1X-1X-3505050105006013204094015001274050293

15、0100031603451251753395710.3返回第26页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 14.2.1 14.2.1 压缩式制冷循环 压缩式制冷循环实质上是一种逆向卡诺循环，制冷过程包括压缩、冷凝、膨胀、蒸发四个阶段，其制冷流程如图14-9所示。系统中的制冷剂饱和蒸汽被压缩机吸入压缩，成为液体放出热量。液体制冷剂经膨胀阀，压力降低，部分液体吸热汽化，使制冷剂温度降低，低温液体进入蒸发器吸收周围介质热量而汽化，气体再进入压缩机被压缩，完成一个循环过程。为了使整个系统稳定循环，设置油分离器、贮存罐、液氨分离器等附属设备。第27页/共59页 14.2 14.2

16、制冷系统及设备制冷系统及设备 图14-9 单级压缩制冷循环 第28页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 当所需温度较低时，压缩机在高压缩比（压缩机出口压力与进口压力的比值）的条件下工作。此时若采用单级压缩制冷，压缩气体的温度较高，会引起运行上的困难。此时可采用双级压缩制冷（如图14-10所示）。一般当压缩比8时，采用双级压缩较为经济合理。对于氨压缩机，当蒸发温度在-25C以下或冷凝压力大于时，宜采用双级压缩制冷。第29页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 图14-10 双级压缩制冷循环图 第30页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备

17、制冷系统及设备 压缩式制冷循环中，制冷量(制冷剂在蒸发器中吸收的热量)与压缩机所消耗的机械功L的比值称为制冷效率，可由下式计算：式中 制冷效率；制冷量，；压缩机所消耗的功，；制冷剂在蒸发器内的蒸发温度，；制冷剂在冷凝器内的冷凝温度，；第31页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 制冷机的制冷量可用下式计算：式中 每1制冷剂的制冷量，；制冷剂在制冷机中的循环量，。则制冷机的理论功率 （KW）为:第32页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 14.2.2 14.2.2 制冷剂及载冷剂1制冷剂 制冷剂是制冷系统中用来吸取被冷却物质热量的介质。对制冷剂的

18、要求是：沸点低，在蒸发器内的蒸发压力应大于外界大气压；冷凝压力不超过1.21.5；单位体积产冷量应尽可能大；密度和粘度应尽可能小；导热和散热系数高；蒸发比容小，蒸发潜热大。制冷剂能与水互溶，对金属无腐蚀作用，化学性能稳定高温下不分解。无毒性、无窒息性及刺激作用，易于取得，价格低廉。第33页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 目前常用的制冷剂有氨和氟利昂。氨主要用于冷冻厂、制药厂、酵母厂及其他发酵工厂的制冷系统。F-12及F-22多用于冰箱、空调机、双级压缩系统及冷库，氨是中温制冷剂，有毒性，并能燃烧和爆炸。但价格低廉，压力适中，单位体积制冷量大，在管道中流动阻力小，因

19、此被广泛应用。氟利昂制冷剂是饱和碳氢化合物的卤素衍生物的总称，不易燃烧；绝热性能小，因而排气温度低；分子量大，适用于离心式压缩机，但价格昂贵，放热系数低，单位体积制冷量小，因而制冷剂的循环量大。第34页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 2载冷剂 采用间接冷却方法进行制冷时，所用的低温介质称为载冷剂。载冷剂在制冷系统的蒸发器中被冷却，然后被泵送至冷却设备内，吸收热量后，返回蒸发器中。载冷剂必须冰点低，热容量大，对设备的腐蚀性小，且价格低廉。常采用的载冷剂有氯化钠、氯化钙水溶液，酒精和乙二醇等。氯化钠价格便宜，但对金属的腐蚀性较大。氯化钙溶液对金属的腐蚀性小。采用乙醇、

20、乙二醇作为载冷剂可以避免腐蚀现象。第35页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 14.2.3 14.2.3 制冷系统设备1制冷压缩机 体积型制冷压缩机有活塞式、滑片式和螺杆式。其中以活塞式制冷压缩机较多见，图14-11是活塞式压缩机工作原理图。压缩机的进气活门装在活塞的顶部，利用曲轴连杆使活塞上下运动。当活塞向下运动时，装在安全板上的排气活门关闭，汽缸内的压力减小，其压力较吸器管中的压力为低，则吸气阀门被打开，低压管中的氨气进入汽缸中。第36页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 图14-11 活塞式压缩机工作原理图 1上盖；2排气阀门；3样盖；

21、4水套；5吸气阀门；6活塞环；7活塞；8连杆 第37页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 压缩机在运行中，由于汽缸内存有余隙；吸气、排气时存在气阀阻力；汽缸壁与制冷剂之间发生热交换；压缩机运动部件发生摩擦；吸气阀，排气阀泄漏等都会使压缩机的实际吸气体积小于理论体积，从而影响压缩机的产冷量，二者的比值称吸气系数，用“”表示，即：第38页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 对于大型立式氨压缩机，=0.810.92，冷凝温度越低，越大；蒸发温度越低，则越小。高速（720）多缸制冷压缩机的可用以下经验公式计算：式中 冷凝压力，蒸发压力，多变压缩指数，

22、对于氨=1.28；F-12，=1.13；F-22，=1.18。第39页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 2冷凝器 冷凝器的作用是使高温高压过热气体冷却，冷凝成高压氨液，并将热量传递给周围介质。冷凝器有卧式冷凝器、立式冷凝器、套管冷凝器、外喷淋蛇管冷凝器等。喷淋蛇管冷凝器由盘管组成，盘管上装设V形配水槽，常安装在露天或屋顶上，传热系数K=600800C），单位热负荷=30003500，用水量=0.81.0，这种冷凝器的优点是结构简单，用水量少，但占地面积大，较少使用。第40页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 氨卧式冷凝器常分为双程列管式换热

23、器。传热系数=700900W/m2 ），单位热负荷qF=35004100，单位面积冷却水用量WF=0.50.9，最高工作压力20105，冷却水用量少，可以装在室内，操作方便，但水管清洗不方便，只适用于水质较好地区。氨立式壳管冷凝器应用较广，系一钢板圆柱壳体，两端焊有管板各一块；壳体内部有5mm3mm或3mm3mm的无缝钢管与管板固定。第41页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 冷却水自顶部进入贮水箱，经分水器沿管子内壁顺流而下，形成膜状分布在管内表面；可用河水冷却而不易堵塞。氨气则自壳体下部引出。冷凝器上有氨气进口、氨液出口、安全阀、放空阀、放油阀、压力表、均压管和混

24、合气体出口等。传质系数K、单位热负荷qF与卧式冷凝器相近。冷却水用量WF=1.01.7m2/(m3 h)，最高工作压力20105，立式冷凝器占地面积小，清洗列管方便，可安装在室外，但用水量较大。常用的立式冷凝器有LN-20、35、50、75、100、125、150、250m2传热面积，LNA-35LNA-300m2传热面积等。第42页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 3膨胀阀与蒸发器 膨胀阀又称节流阀，高压液氨通过膨胀阀，压力急剧下降，体积迅速膨胀，汽化吸热，使其本身的温度降低到需要的低温，再送入蒸发器。常用的手动阀有针形阀（公称直径较小）和V形缺口阀（公称直径较大

25、）两种，罗纹有细牙，阀门开启度较小，阀孔有一定形状和结构，一般开启为周，不超过一周。手动膨胀阀按公称直径的大小选用。第43页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 立管式蒸发器如图14-12所示，分别由28个单位蒸发器组成，每个单位蒸发器由上下两支水平总管、中间焊接许多直立短管制成，有10、15、20m2及40m2等几种蒸发面积。立式蒸发器的型号有LZ-20LZ-300型，其蒸发面积有20、30、40、60、90、120、200、240、320m2等。整个蒸发器有输液总管、回气总管、氨液分离器、集油器及远距离液面指示器等接头。蒸发器里装有搅拌器以维持流速，使载冷剂在箱内循

26、环。水箱下部有排水管，底及四周有绝热层。传热系数K=500600W/m2)，单位热负荷qF=23002900W/m2.第44页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 图14-12 立管式蒸发器 1上总管；2木板盖；3搅拌器；4下总管；5直立短管；6氨液分离器；7软木；8集油箱 第45页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 立管中氨的循环路线如图14-13。氨液自上部通过导液管进入蒸发器，导液管插入直立粗管中，保证液体先进入下总管、再进入立管，立管中液位几乎达到上总管。由于细管的相对传热面大，保证了制冷剂的循环，从而提高了蒸发器的传热效果。卧式壳管式

27、蒸发器的结构与卧式壳管式冷凝器相似。第46页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 图14-13 立管中制冷剂循环路线 1上总管；2液面；3直立细管；4导液管；5直立粗管；6下总管 第47页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 4油氨分离器 油氨分离器的作用是除去压缩后氨气中携带的油雾。油雾分离器有洗涤式、填料式等。洗涤式是惯性型分离器，如图14-14所示。其原理是利用油氨的密度不同，在突然改变流速和方向时，由于油的密度较氨大而下降聚集在底部。第48页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 图14-14 油分离器 第49页/共

28、59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备 通常在压缩机和油氨分离器之间的管路内，氨气流速为1220m/s。而进入油氨分离器后的流速为0.81.0m/s。一般油氨分离器的直径比高压进气管径大45倍。这种分离器有YF-40、50、70、80、100、125、150、200等。型号数字表示氨气进口管径。为了提高分离效果，在油氨分离器内设有伞形挡板，并保持一定的氨液液位，压缩后的氨气通入油氨分离器的氨液内，进行洗涤降温，分离效率可达95%。第50页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备5贮氨罐 贮氨罐的作用是贮存和供应制冷系统的液氨，使系统各设备内有均衡的氨液量，

29、以保证压缩机的正常运转。高压贮氨罐与冷凝器的排液管、均压管连接，常用的卧式贮氨罐是一个由圆柱形钢板壳体及封头焊接而成的容器，装有液氨出口管、放空气管、安全阀、放油阀、排污阀、液位镜、压力表等。容器的容纳量，一般为每小时制冷循环量的1/3-1/2，氨液装入量不应超过容量的80%。第51页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备6气液分离器 气液分离器的作用是维持压缩机的干冲程，同时将送入冷却排管（蒸发器）液体内的气体分出，以提高制冷效率。一般气液分离器安装在较高位置，高出冷却排管0.52m，最好高出12m，这样液体的压力可以克服管路阻力而流入冷却管内，气体在冷却排管至气液分离

30、器的运动速度为812m/s，而在气液分离器的运动速度为0.50.8m/s。气液分离器有立式和卧式两种（图14-15、图14-16），高径比H/D=34。第52页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备图14-15 立式氨液分离器 第53页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备图14-16 卧式氨液分离器 1、6均压管；2排液回汽管；3接压力表；4放油管；5排液管（氨液出口）第54页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备7中间冷却器 中间冷却器如图14-17所示，容器内设有盘管，利用低温的氨液冷却来自高压贮罐内的氨液，以提高单位重量

31、制冷量。用浮球阀控制，使液面比蒸汽管高150200mm。平衡孔使容器内的压力与进气管内的压力平衡，防止氨液倒流至低压压缩机的排气管。氨气进入管上焊有闪型挡板，用以分离进入高压压缩机氨气中夹带的氨液和润滑油。第55页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备图14-17 中间冷却器 1低压机来的进汽口；去高压机的出汽口；3汽体均压管；4液体均压管；5氨液进口；6排液管接头；7放油管接头；8平衡孔；9压力表接头；10液面指示器；11伞形多孔挡板；12远距离液面指示器接头；13高压氨液进、出口接头 第56页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备8水冷却装置 水冷却装置的作用是冷却由氨冷凝器排出的循环水。水冷却装置有三种类型：喷水池、自然通风冷却塔、机械通风冷却塔。图14-18为点波式机械通风填料冷却塔。塔中部放置斜波填料，上部安装旋转式布水器。塔顶有轴流风机，风机的轴、尾部和接线盒用环氧树脂密封，避免电机受潮。第57页/共59页 14.2 14.2 制冷系统及设备制冷系统及设备图14-18 点波式填料冷却塔 第58页/共59页感谢您的观看！第59页/共59页