第一篇---运用数学规划方法海水淡化加湿.doc

运用数学规划方法的海水淡化加湿、除湿处理过程的最优化性能 S.M. Soufaria, M. Zamena, M. Amidpourb* a伊朗化学工业研究和发展中心（IRDCI），邮政地址：伊朗，德黑兰，13145-1494 b K.N.Toosi科技大学机械力学部门，邮政地址：伊朗，德黑兰，16765-3381 2007年5月27日收到；2008年1月6日接受 摘要 本文研究了加湿除湿海水淡化过程并应用使用数学规划方法使其性能优化。该方法的一个优点是考虑了各种参数在过程性能中的同声效应。一个NLP系统模型是解决三个目标函数，最小化单位热能源消费，最大化运行效率和最大化的冷凝器热回收。与以往的研究相比解决方案已经得到了改进，尤其是从运行效率的角度。运行效率目标函数将得到最好的解决方案如果加湿器的进水温度没有限制。另外，单位的能量目标函数似乎是比别人更好。下一步，对重要参数在最优操作点的相关加湿除湿过程进行了分析，并且提出了相关变化曲线。结果表明，湿空气质量流量比（L/G）是最有效的参数并有一个最优值。另外加湿器的进水温度将是一个重要的参数。上层温度将导致更多的运行效率和一个较小的传热面积，但是该系统的热耗能最低的最适温度。最后,对除湿器进水温度分析显示，如果加湿器进水温度高，可以通过回收加湿器出口的水进入干燥器来使单位的热能源消耗降低更多。 关键词：海水淡化；加湿除湿过程；最优化；数学规划 1.介绍 传统海水淡化方法比如多级闪蒸，多效沸腾，蒸汽压缩和反渗透膜法都是适用于大中容量淡水生产。但是，最偏远的干旱地区需要低容量海水淡化系统。空气加湿除湿海水淡化将是一个淡水生产的合适选择当淡水需求分散时。当总的需求的热能可以从太阳能得到时，加湿除湿过程将是一个低温过程。这样，加湿除湿装置的容量将介于传统方法和太阳能整流器方法之间。 大多数的加湿除湿海水淡化过程已经开始关注运行效率和效率的提升。1990年Farid和Al-hallaj在伊朗南部Basrah已经建造了一个海水淡化加湿除湿设备。这个装置每平方分米太阳能集热器表面可以析出了12升水，相当于同等日照条件下单一盆地太阳能的三倍多。可是，泠凝器和加湿器中过高的压降将导致鼓风机的电功率消耗在一个使过程不经济的水平上。 此外，Al-hallaj和Farid等人报道说，在约旦有两台不同尺寸的设备已经建造完成并运行。他们发现水流量比空气流量在热量和质量传送系数上更有效，并且他们推断出空气的自然循环要优于强制循环。 Nawayseh等人在马来西亚也建造了另外的装置。他们开发了一个模拟程序与实验结果相拟合，并研究了装置的日产量在除湿，加湿和太阳能集热器表面的效果。对生产过程给水流量的研究表明存在最大海水淡化量。 Ben-Bacha等人提出了综合工作模型，对太阳能加湿除湿系统的仿真和实验验证，称作太阳能多级蒸发循环技术。他们推断出，装置的完全绝热，蒸发塔入口处的高水温和水流量，泠凝器入口的低水温和蒸发塔顶部的喷射热水循环可以提升操作和生产系统。 然而，还没有加湿除湿海水淡化过程的最有综合研究成果。Ben-Bacha等人通过修正一些有效参数提升了效率，但是，因为参数的多元化和对加湿除湿成果的关联效应，反复试验法没有使设计师们得出最优设计。 Hou等人利用少量的技术使加湿除湿过程优化。他们通过复合曲线最大化冷凝器回收热。他们发现对于湿空气流量有一个最佳值，但他们没有把加湿器入口温度和太阳能收集效率考虑进去。本文尝试提出加湿除湿过程的最优化仿真并通过多种目标函数的数学建模优化过程。 2.加湿除湿原理 加湿除湿过程基于随着空气温度增加，携带蒸汽能力增大的原理。例如，当1kg干空气温度从30℃升到80℃可以携带0.5kg的蒸汽。 加湿除湿装置在大气条件下通过空气循环使水蒸气蒸馏，并且有三个主要元素：加湿器，除湿器和热源。 在加湿器中，空气、水之一或是两个已经被外部热源加热，并和一定数量的蒸汽融合，再被空气排出。热的湿空气离开加湿器进入除湿器。在这个环节中，通过使湿空气接触冷的表面将水蒸气蒸馏出的方法，使空气中的蒸汽冷凝并得到淡水。通常，冷凝潜热用来预热盐给水。 加湿除湿过程可以应用于封闭的或开放的空气循环过程。在开放的空气循环系统中，当封闭的空气循环系统有较高的热效率时，供给一定数量的湿空气给装置可以增加水分生产率。 下一环节中，提供热量的热源增加加湿器中的空气温度和蒸发面积，加热空气，水或两者。水加热技术比空气加热技术更有效，成本更低。加湿除湿过程将应用于环境压力，蒸发过程没有高温要求。这就是为什么一个低级的热源像太阳能或其他过程的废热可以使用。太阳能在需要饮用水的地区是可用的，并且作为一个能量来源与加湿除湿过程是相配的。本文主要研究了封闭式加湿除湿海水淡化过程和水加热技术。 图1.封闭式空气循环水热