低温多效海水淡化系统的Aspen Plus模拟

马朝勤

摘 要：本研究借助Aspen Plus模拟平台，建立了低温多效海水淡化系统的平流、顺流、逆流三种工艺流程，并通过实际工程对低温多效系统模型进行了验证，模拟计算得到的各效淡水闪蒸量，浓盐水闪蒸量，淡水累积量及造水比与实际数值基本一致，验证了模拟结果的可信性。

关键词：Aspen Plus；低温多效蒸馏；海水淡化

中图分类号：P747 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）20-0057-02

当今，日益减少的水资源正在成为人类的生存危机，因此海水淡化得到了快速发展和广泛应用。其中，适于产业化的低温多效蒸馏法（LT-MED）以“产品水质高、运行成本低、操作弹性大、热效率高、对海水预处理要求低”等特点成为了海淡技术的主要研究方向，但由于各效蒸发器间相互联系，参数相互制约，且工艺流程多样、装置组合灵活、操作工况易变，需要使用迭代的方法对各效进行物料衡算、热量衡算以及传热速率计算等，复杂的计算步骤导致流程的设计和优化非常困难。而借助于Aspen Plus模拟平台，可以为低温多效海水淡化系统的设计提供有力指导。

1 低温多效系统模型的建立

1.1 操作单元模型建立

LT-MED海水淡化系统的操作单元主要包括蒸发器、闪蒸罐、冷凝器和蒸汽喷射器（TVC）[1，2]。本研究应用Aspen Plus 软件中的Heater，Flash2，Valve，Mixer 和FSplit等模块间的不同组合，模拟海水淡化系统中的各个操作单元，详见表1所示。

1.2 低温多效系统模型建立

以TVC位于末效的低温四效海水淡化系统为例，分别建立平流、顺流、逆流流程。详见表2。

2 低温多效系统模型的验证

2.1 组分定義和物性方法选择

海水是一种含有多种离子的非常复杂的多组分水溶液。为简化模拟，本研究将海水盐度以等量的氯化钠（NaCl）表示。由于氯化钠在海水中表现为电解质，所以使用Electrolyte Wizard（电解智能工具）定义各种组分，并选择ELECNRTL作为物性方法来模拟海水系统。

2.2 传热系数计算

蒸发器总传热系数与蒸汽的流速、温度、物性，传热管的材料、尺寸、排布以及热负荷有关，在模拟过程中难以实现，本研究中的传热系数采用拟合公式求取[3]。

Ke（i）=1.9394+1.40562×10-3T（i）-2.0752×10-4T2（i）+2.3186 ×10-6T3（i）

其中i——效数

T（i）——第i效盐水蒸发温度，℃

Ke（i）——第i效蒸发器换热系数，kW/m2℃

2.3 喷射系数计算

王权[4]等研究了蒸汽喷射器（TVC）喷射系数的简化计算方法，并给出了索科洛夫法喷射系数计算关系曲线。本研究以索科洛夫法喷射系数计算关系曲线为依据，选取对应的喷射系数。

2.4 低温多效系统模型的验证

以法国SIDME公司典型的4效平流海水淡化流程为例，其热力系统图如图1所示[5]，对所建流程的可靠性和准确性进行验证。在相同的入口条件，喷射系数和效间温差下，运用Aspen Plus平流流程模型对该流程进行模拟，主要的模拟结果与SIDME公司所给数据对比如表3所示。

3 结语

从模拟对比结果可以看出，模拟计算得到的各效淡水闪蒸量，浓盐水闪蒸量，淡水累积量及造水比与SIDME公司所给实际数值基本一致，验证了模拟结果的可信性，即建立的模拟模型可以用于低温多效海水淡化系统的计算和优化。

参考文献

[1]郝冬青，沙作良，王彦飞，舒畅，曾向东，赵晓昱，熊粲.低温多效海水淡化系统的Aspen Plus模拟[J].天津科技大学学报，2011，26（1）：47-50.

[2]郝冬青，沙作良等.低温多效蒸发海水淡化系统的工艺模拟与分析[J]. 盐业与化工，2011，40（3）：37-39.

[3]H. T. EL-DESSOUKY， H. M. ETTOUNEY， F. AL-JUWAYHEL. Multiple effect evaporation-vapour compression desalination process[J]. Institution of Chemical Engineers， 2000，（78）part A： 662-676

[4]王权，向雄彪.蒸汽喷射压缩器喷射系数计算方法研究[J].太阳能学报，1997，18（3）：314-321.

[5]柴晓军.电厂低温多效海水淡化系统优化设计[J].电力技术，2010，19（3）：42-52.endprint