新型水夾點技術(shù)在工程應(yīng)用中的探討

1、新型水夾點技術(shù)在工程應(yīng)用中的討論摘要：為進步水的重復(fù)利用率，推薦采用以最大水的重復(fù)利用率為目的，來設(shè)計用水網(wǎng)絡(luò)的新型水夾點技術(shù)。針對水夾點技術(shù)在實際消費應(yīng)用中所存在的困難，提出了一種解決方案；最后把該項技術(shù)應(yīng)用到一工程實例中，結(jié)果說明此方案是可行的。關(guān)鍵詞：工業(yè)用水水網(wǎng)水夾點技術(shù)引言我國是一個水資源缺乏的國家。解決水資源匾乏問題的方法雖然有很多，但污水回用及中水資源的開發(fā)，即進步水的重復(fù)利用率是當前許多國家解決水資源短缺的有效途徑。因此，研究進步水的復(fù)用率的技術(shù)及推廣應(yīng)用具有重要的意義。新型水夾點技術(shù)就是一種進步水的重復(fù)利用率的新技術(shù)。水夾點技術(shù)自提出以來，國外已在工業(yè)用水過程系統(tǒng)的節(jié)水改造中

2、得到了成功的應(yīng)用，尤其是英國Linnhff公司投入了相當大的力量進展水夾點技術(shù)的研究，并完成多項節(jié)水改造工程，節(jié)能效益達3050。但是水夾點技術(shù)在我國剛剛起步，由于此項技術(shù)與實際消費之間還存在一定的差距，此外國外在水夾點詳細應(yīng)用方面的文獻較少，因此在實際工程應(yīng)用方面還待開發(fā)，有必要作進一步的研究與討論。1水夾點技術(shù)概述常規(guī)的節(jié)水策略，比方：再生再利用，再生再循環(huán)等，通常著眼于單個的單元操作，只能到達一定的節(jié)水目的，不能使整個用水系統(tǒng)的新穎水用量和廢水產(chǎn)生量到達最校與常規(guī)的節(jié)水策略相比，水夾點技術(shù)是從系統(tǒng)的角度對整個用水網(wǎng)絡(luò)同時進展設(shè)計優(yōu)化，以期水的重復(fù)利用率到達最大。即：系統(tǒng)的新穎水用量和廢水

3、排放量到達最校它對用水系統(tǒng)的最大限度的污水回用和中水資源的開發(fā)提供理論上的指導(dǎo)。Y.P.ang和R.Sith在研究化工過程中廢水產(chǎn)生量最小化問題時，提出了水夾點技術(shù)1。但此水夾點技術(shù)存在諸如設(shè)計構(gòu)造較為復(fù)雜等種種缺陷。隨后，Linnhffarh公司提出了一種新型的水夾點技術(shù)234，該方法較為直觀。這種技術(shù)是利用呈階梯狀的組合曲線縱軸為雜質(zhì)濃度，橫軸為流量F，簡稱F圖來設(shè)計用水網(wǎng)絡(luò)的。首先把如圖1所示的用水過程描繪在F圖中：由用水過程1的入口水流中的雜質(zhì)濃度1及流量F1可在F圖中作一程度線1，稱之為該用水過程的用水線；而由其出口水流中的雜質(zhì)濃度動及流量F1可在F圖中作一程度線1，由于此水流有可能

4、用于其它過程，故稱之為該用水過程的水源線。這兩程度線具有如下的特性：它們在F圖中程度挪動時不改變其對用水過程1的描繪。把多個用水過程描繪在F圖中，可以得到多條用水線及水源線，再利用程度挪動的特性，將各用水線程度挪動使之在同一垂線上首尾相連，從而形成階梯狀的用水組合曲線，如圖2中1234所示。同理，也可獲得水源組合曲線，如圖2中1234所示。從圖2可以直觀地看出用水的匹配關(guān)系，相重疊的局部之間互相匹配。用水組合曲線中沒有重疊的那局部用水單元由新穎水來供應(yīng)，水源組合曲線中沒有重疊的水源作為廢水排出系統(tǒng)。由于F圖中的每一程度線都具有程度挪動的特性，顯然兩組合曲線也可以相對程度挪動而不改變其對用水過程

5、的描繪。在程度挪動兩組合曲線的過程中，隨著兩線不斷地靠近，用水網(wǎng)絡(luò)的新穎水用量和廢水排放量逐漸減少，直至兩線在某處相碰，此時用水網(wǎng)絡(luò)的新穎水用量和廢水排放量到達最小值，用水網(wǎng)絡(luò)中水的重復(fù)利用率到達最大值，如圖3所示。兩組合曲線相碰的地方稱之為水夾點aterPinh，該點限制了水的進一步重復(fù)利用，因此該點就是系統(tǒng)的用水瓶頸。改變水夾點附近局部用水過程的設(shè)計將會大大進步水的重復(fù)利用率，如圖3中的用水過程1和用水過程2在出口處集合后，使用水過程2的水源線上移，進而可以與用水過程3的用水線相匹配，這樣系統(tǒng)水的重復(fù)利用率增加即解瓶頸，如圖4所示。在圖4中，用水組合曲線中與新穎水匹配的那局部都在水源組合曲

6、線的上方，此時系統(tǒng)中不再有水的復(fù)用時機，系統(tǒng)中水的復(fù)用率到達最大值，這就是最終的設(shè)計最優(yōu)用水網(wǎng)絡(luò)的總組合曲線。2水夾點技術(shù)在工程理論中的應(yīng)用2.1應(yīng)用水夾點技術(shù)存在的困難我們可以看出上面介紹水夾點技術(shù)時，前提是過程物流中只存在一種雜質(zhì)，即單雜質(zhì)過程。但實際消費中一般為多雜質(zhì)的情況，較為復(fù)雜，因此在應(yīng)用上面的水夾點技術(shù)對用水網(wǎng)絡(luò)進展分析設(shè)計時會存在一定的困難。2.2水夾點技術(shù)在實際消費應(yīng)用中的討論針對上面所提到的困難，提出如下解決方案：2.2.1對用水操作單元進展分類把所含雜質(zhì)一樣、相似或?qū)﹄s質(zhì)要求不嚴格的用水單元放在一起，形成一個用水系統(tǒng)，對該系統(tǒng)進展水夾點分析，設(shè)計出該系統(tǒng)水的最大復(fù)用的用水

7、網(wǎng)絡(luò)。這樣做的優(yōu)點是防止各用水單元因所含雜質(zhì)不同而造成的互相污染，從而影響水的回用。2.2.2選擇關(guān)鍵組分把多雜質(zhì)用水過程虛擬為單雜質(zhì)用水過程，再利用水夾點技術(shù)對用水網(wǎng)絡(luò)進展分析設(shè)計，以到達全系統(tǒng)合理用水的目的。選擇關(guān)鍵組分的原那么是所選的關(guān)鍵組分應(yīng)是用水過程單元中難以用簡單的水處理方法pH調(diào)整，沉淀等使它的濃度降低的組分，這樣可以防止處理費和操作費過高。關(guān)鍵組分有時要多于一種，此時先單獨對每一種關(guān)鍵組分進展水夾點技術(shù)分析，然后再求它們各自水的供需匹配關(guān)系的交集，該交集就是最終的供需匹配關(guān)系。2.2.3局部處理在施行所設(shè)計出的最大水復(fù)用率的用水網(wǎng)絡(luò)時，要對某些作為中水資源的用水過程的出口水流中

8、的局部非關(guān)鍵組分進展水處理，使它們的濃度到達匹配的用水單元進口濃度的要求。2.3應(yīng)用水夾點技術(shù)的說明選取數(shù)據(jù)時，雜質(zhì)濃度應(yīng)為極限濃度。所謂極限濃度是指在各用水單元的流率不變的情況下，使它們中各種雜質(zhì)的入口濃度到達工藝要求的上限。相應(yīng)的出口濃度就可求出。因為只有這樣才可以在最大程度上進步水的復(fù)用率。為了形象地描繪水在系統(tǒng)中的流動，在用水系統(tǒng)的F圖中，縱軸雜質(zhì)濃度的零點應(yīng)定在坐標軸的上方，水源組合曲線應(yīng)在用水組合曲線的左邊。2.4工業(yè)實例為了便于驗證所提出方案的可行性，在此引用文獻1中實例。該實例是一石油精煉過程，文獻中是以Y.P.angR.Sith的多雜質(zhì)的水夾點技術(shù)進展分析設(shè)計用水網(wǎng)絡(luò)的。選取

9、石油精煉過程中的汽提、脫硫、脫鹽三個操作單元作為進展用水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。所選取的相關(guān)的數(shù)據(jù)如表1所示：表1石油精煉過程極限用水數(shù)據(jù)過程名雜質(zhì)名入口濃度/(gL-1)出口濃度/(gL-1)流量/(kgh-1)汽提過程有機雜質(zhì)1545103H2S400鹽35脫硫過程有機雜質(zhì)2012034103H2S30012500鹽45180有機雜質(zhì)12022056103H2S2045鹽2009500選有機雜質(zhì)為關(guān)鍵組分，其它雜質(zhì)可以利用簡單的水處理方法使其濃度降低。由表1中的數(shù)據(jù)，作出以有機雜質(zhì)為關(guān)鍵組分的F圖，如圖5所示。從圖中可以看出，系統(tǒng)中此時水的重復(fù)利用率到達最大，因為用水組合曲線中與新穎水匹配的那局部都在未

10、匹配的水源組合曲線的上方。根據(jù)圖5可以方便直觀的設(shè)計出最終的用水網(wǎng)絡(luò)，如圖6所示。所設(shè)計出的用水網(wǎng)絡(luò)與文獻中所設(shè)計出的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)是一樣的，因此所提出的解決方案是可行的。假如上面3個用水過程的人口都以新穎水作為水源，共消耗新穎水135103kg/h。經(jīng)過再生復(fù)用的用水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計之后，從圖5中，可以看出所需新穎水為55.5103kg/h，比前者節(jié)省了59。3完畢語本文對水夾點技術(shù)如何應(yīng)用于多雜質(zhì)用水系統(tǒng)進展了討論。針對水夾點技術(shù)在實際消費應(yīng)用中所存在的困難，提出了有效的解決方案，對該項技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用將會起到促進作用。參考文獻：1Y.p.ang，R.Sith.asteateriniisatinJheialEngineeringSiene，1994，(7)：98110062VikasR.Dhle，NandRahandani，RihardA，Tainsh，arekasiles