超聲場—靜電場協(xié)同減緩換熱設(shè)備積垢的研究.pdf

1、物理防垢設(shè)備相對簡單、維護(hù)操作簡便、壽命長、運(yùn)行費(fèi)用較低、無污染問題，不僅能減緩換熱設(shè)備積垢形成，還有能除去原有沉積物的作用。但物理場防垢機(jī)理的研究還不是很深入，且物理場對溶液物理化學(xué)性質(zhì)的影響較小，防垢效果受使用條件及設(shè)備的影響很大，為了提高物理場處理對溶液的影響，提高防垢率及擴(kuò)大使用范圍，本研究提出了超聲場-靜電場協(xié)同防垢技術(shù)。超聲場防垢在工業(yè)中已有應(yīng)用，但防垢機(jī)理的研究還很少，為了揭示超聲場-靜電場協(xié)同防垢的機(jī)理，首先進(jìn)行了超聲防

2、垢機(jī)理的研究，在此基礎(chǔ)上研究協(xié)同防垢的機(jī)理?！　≡O(shè)計(jì)的超聲場-靜電場協(xié)同防垢裝置，超聲參數(shù)為：頻率40kHz，功率0～100W連續(xù)可調(diào)；靜電參數(shù)為：靜電壓0～4kV連續(xù)可調(diào)；高壓電極的絕緣材料使用聚四氟乙烯，擊穿電壓10kV，安全可靠?！　∈褂贸赫舭l(fā)模擬裝置對協(xié)同防垢的各因素：靜電壓、超聲功率和處理時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化選擇。各因素對協(xié)同防垢率影響大小為：靜電壓＞超聲功率＞處理時(shí)間。最優(yōu)協(xié)同參數(shù)為：超聲功率60W、靜電壓力4kV、處理時(shí)間6

3、0s。靜電壓與超聲功率的影響顯著，處理時(shí)間的影響不顯著。超聲場與靜電場有很好的協(xié)同防垢效果，優(yōu)于單獨(dú)使用及串聯(lián)使用的效果?！　〕曁幚磉^程保持溫度恒定，處理時(shí)間短，不考慮超聲熱效應(yīng)對溶液的影響。過飽和溶液吸收了超聲空化產(chǎn)生的微觀熱量，成核誘導(dǎo)期縮短，成核速率增大，大量的晶核迅速生成，過飽和度下降，晶粒長大速度減慢，晶體以微小顆粒的形式存在。微小的晶體顆粒沉降速度減慢，懸浮于溶液中，減緩了積垢的形成。超聲的機(jī)械效應(yīng)對結(jié)晶影響不大。對于碳

4、酸鈣晶體，超聲處理后，由于成核速率變大，晶核大量形成，吉布斯自由能迅速下降，晶粒長大的推動(dòng)力減小，在低的過飽和度溶液中，無超聲處理的溶液，有部分的方解石生成，超聲處理后，晶體以文石的形式存在；在較高的過飽和溶液中，不經(jīng)超聲處理的溶液生成的晶體為方解石，超聲處理后，形成的晶核數(shù)目增多，晶體以文石的形式存在或只有部分的晶體可以繼續(xù)轉(zhuǎn)變成方解石；在更高的過飽和溶液中，有或無超聲處理，生成的晶體均為方解石，但有超聲處理的晶體較無超聲處理生成的晶

5、體微小。X射線衍射結(jié)果表明，超聲處理僅影響晶體的形成速度與大小，不改變晶體的結(jié)構(gòu)，對晶體沒有畸變作用。　　靜電場中超聲波傳播速度沒有改變，靜電場的微擾動(dòng)作用，增加了產(chǎn)生空化的氣泡半徑，降低空化閾值，使空化更容易進(jìn)行，增強(qiáng)了超聲空化效應(yīng)。超聲空化的增強(qiáng)，生成的微觀能量增加，成核誘導(dǎo)期進(jìn)一步縮短，生成的晶核數(shù)增多。在相同的過飽和度下，無處理時(shí)，生成的晶體為方解石，超聲處理，晶體中文石的含量占36.14％，超聲場-靜電場處理，晶體中文石含量

6、占90.99％。文石呈針狀，密度小，可以較長時(shí)間懸浮于溶液中，沉積速度慢，隨著溶液前進(jìn)，減少沉積量。同時(shí)，靜電場中的水在極化力的作用下趨于器壁，進(jìn)一步阻礙晶體微?？拷鞅诙练e下來，這兩種物理場的協(xié)同作用，增強(qiáng)了防垢效果?！　∥锢韴鎏幚碓龃筇妓徕}的溶解度，對碳酸鈣在水中的溶解度影響大小順序?yàn)椋撼?靜電協(xié)同場＞靜電場＞超聲場＞無處理。超聲空化產(chǎn)生略帶負(fù)電的*OH自由基與成垢陽離子Ca2+結(jié)合，增加水的溶解能力；靜電場產(chǎn)生的水偶極子破壞

7、碳酸鈣分子間的結(jié)合力，增加碳酸鈣的溶解度；超聲場與靜電場協(xié)同，聲化學(xué)產(chǎn)額增加，進(jìn)一步增加了碳酸鈣的溶解度，使已經(jīng)形成的碳酸鈣積垢溶解，垢層變疏松，變軟，溶液在表面流動(dòng)可使其脫落，從而達(dá)到除垢的效果。　　超聲場與靜電場協(xié)同防垢，防垢效果增加，同時(shí)也增大了設(shè)備的投資與使用費(fèi)用。使用多目標(biāo)決策的方法對超聲場防垢、靜電場防垢及超聲場-靜電場協(xié)同防垢方案進(jìn)行評價(jià)，綜合考慮了防垢率、設(shè)備造價(jià)、功率消耗、積垢清洗難度、設(shè)備穩(wěn)定性及日常維護(hù)費(fèi)等多個(gè)指