CN108434994A - 流体动量阶梯控制分离膜装置的能量转化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了流体动量阶梯控制分离膜装置的能量转化方法，步骤为：1)用流体动量阶梯控制分离膜装置能量转化系统，该系统的储罐通过管道依次与泵、分离膜装置、截止阀、流量计和机电转化装置连接；2)开启泵，使流体从储罐输送到分离膜装置用于去除流体中的污染物，通过调节截止阀控制流速，进而控制流体的雷诺数Re，稳定，再调大流速，使流体的雷诺数Re增加，再稳定，使流体的动量高效地由分离膜装置传递到机电转换装置完成机电转化。本发明的方法使分离膜装置中流体的动量通过阶梯控制达到高效地传递，将分离膜装置中剩余的机械能转化为电能后储存和备用；成本低，能量转化过程不需要借助外界动能，无需二次消耗任何能量。传递效率高。

Description

流体动量阶梯控制分离膜装置的能量转化方法
技术领域
本发明涉及一种能量转化方法，特别是涉及一种流体动量阶梯控制分离膜装置的能量转化方法。
背景技术
分离膜技术的快速发展使其在食品医药、石油化工、废水处理、环境保护等领域得到了广泛的应用。据不完全统计，我国每年大约有7亿m2分离膜装置在运行，这其中包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等。分离膜的工作过程是靠压力驱动来完成的，在运行过程中，大约有20％的能量用于分离膜的操作，而80％的能量通过膜组件和膜系统被释放到环境中后浪费掉；据统计，每平方米超滤膜在运行时因压力需消耗电能359.50J(约合9.9×10-5kW·h)，我国每年在超滤膜的使用上大约消耗电能92.02万kW·h。如果将通过超滤膜组件被释放到环境中的80％的能量进行转化和资源化，每平方米超滤膜在运行时所需压力大约节约电能273.47J(约合7.5×10-5kW·h),则我国每年在使用超滤膜系统时可以节约电能约70万kW·h，折合人民币65万元。
近年来，国内外出现了一些超滤膜能量回收的系统与方法。如中国专利CN106731853A公开了一种超滤反渗透双膜法能量回收系统，通过提供的系统，利用反渗透高压浓水的压力能转化为水轮机的机械能，来替代驱动电机达到节能的目的；但其装置复杂，且未考虑到系统中流体的特性和可控性对能量转化的影响。中国专利CN102010033A公开了一种采用能量回收装置的电镀废水反渗透膜处理方法，通过分流反渗透装置中的浓缩水，再经过高压泵增压后进入能量回收装置；但其为回收能量使用了高压泵，增加了装置成本和能耗。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种流体动量阶梯控制分离膜装置的能量转化方法。
本发明的技术方案概述如下：
流体动量阶梯控制分离膜装置的能量转化方法，包括如下步骤：
1)使用流体动量阶梯控制分离膜装置能量转化系统，所述能量转化系统包括储罐1，储罐通过管道依次与泵2、分离膜装置3、截止阀4、流量计7和机电转化装置6连接；
2)开启泵2，使流体从储罐1输送到分离膜装置3用于去除流体中的污染物，通过调节截止阀(4)控制流速，进而控制流体的雷诺数Re为1500-20000之间，稳定1-2min，再次调大流速，使流体的雷诺数Re增加至4000-30000之间，再稳定1-2min，使流体的动量高效地由分离膜装置传递到机电转换装置6完成机电转化。
分离膜装置优选为聚砜超滤膜装置、聚偏氟乙烯超滤膜装置、聚氯乙烯超滤膜装置或芳香族聚酰胺反渗透膜装置。
机电转化装置为轴流式水轮机、混流式水轮机或冲击式水轮机。
本发明的优点是：
1.本发明的方法使分离膜装置中流体的动量通过阶梯控制达到高效地传递，再通过机电转换装置将分离膜装置中剩余的机械能转化为电能后储存和备用；
2.设备成本低，能量转化过程不需要借助外界动能，无需二次消耗任何能量。
3.高效传递的流体能量通过机电转换装置转化为电能，传递效率最高可达87％。
附图说明
图1为流体动量阶梯控制分离膜装置能量转化系统示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
流体动量阶梯控制分离膜装置的能量转化方法，包括如下步骤：
1)使用流体动量阶梯控制分离膜装置能量转化系统，见图1，该能量转化系统包括储罐1，储罐1通过管道依次与泵2、聚砜超滤膜装置3、截止阀4、流量计7和轴流式水轮机6连接；装置运行中，流体温度为20℃，密度为998.2kg/m3，粘度为100.5×10-5Pa·s；装置中的管径为0.008m。
2)开启泵2，使流体从储罐1输送到聚砜超滤膜装置3用于去除流体中的污染物，通过调节截止阀4控制流速为0.21m/s，进而控制流体的雷诺数Re为1669(此时流体动量为4.19kg·m/s)，稳定1min，再次调大流速为0.70m/s，使流体的雷诺数Re增加至5562(此时流体动量为13.97kg·m/s)，再稳定1min，使流体的动量高效地(动量传递效率为53.41％)由聚砜超滤膜装置传递到轴流式水轮机6完成机电转化。该动量状态下，流体动能转化为电能0.11J(约合2.7×10-7kW·h)，所获电能储存和备用；
流体从轴流式水轮机6经过管道回流到储罐1。
雷诺数Re的计算公式为：
其中：
d-管径，m
u-流体流速，m/s
ρ-流体密度，kg/m3
μ-流体粘度，kg/(m s)
实施例2
流体动量阶梯控制分离膜装置的能量转化方法，包括如下步骤：
1)使用流体动量阶梯控制分离膜装置能量转化系统，该能量转化系统包括储罐1，储罐1通过管道依次与泵2、聚偏氟乙烯超滤膜装置3、截止阀4、流量计7和混流式水轮机6连接；装置运行中，流体温度为20℃，密度为998.2kg/m3，粘度为100.5×10-5Pa·s；装置中的管径为0.0064m。
2)开启泵2，使流体从储罐1输送到聚偏氟乙烯超滤膜装置3用于去除流体中的污染物，通过调节截止阀4控制流速为1.09m/s，进而控制流体的雷诺数Re为6953(此时流体动量为21.84kg·m/s)，稳定2min，再次调大流速为1.30m/s，使流体的雷诺数Re增加至8264(此时流体动量为25.95kg·m/s)，再稳定2min，使流体的动量高效地(动量传递效率为61.21％)由聚偏氟乙烯超滤膜装置传递到混流式水轮机6完成机电转化。该动量状态下，流体动能转化为电能4.39J(约合1.21×10-6kW·h)，所获电能储存和备用；
流体从混流式水轮机6经过管道回流到储罐1。
实施例3
流体动量阶梯控制分离膜装置的能量转化方法，包括如下步骤：
1)使用流体动量阶梯控制分离膜装置能量转化系统，该能量转化系统包括储罐1，储罐1通过管道依次与泵2、聚氯乙烯超滤膜装置3、截止阀4、流量计7和冲击式水轮机6连接；装置运行中，流体温度为20℃，密度为998.2kg/m3，粘度为100.5×10-5Pa·s；装置中的管径为0.008m。
2)开启泵2，使流体从储罐1输送到聚氯乙烯超滤膜装置3用于去除流体中的污染物，通过调节截止阀4控制流速为1.62m/s，进而控制流体的雷诺数Re为12872(此时流体动量为32.34kg·m/s)，稳定2min，再次调大流速为2m/s，使流体的雷诺数Re增加至15892(此时流体动量为39.93kg·m/s)，再稳定2min，使流体的动量高效地(动量传递效率为70.46％)由聚氯乙烯超滤膜装置传递到冲击式水轮机6完成机电转化。该动量状态下，流体动能转化为电能10.38J(约合2.88×10-6kW·h)，所获电能储存和备用；
流体从冲击式水轮机6经过管道回流到储罐1。
实施例4
流体动量阶梯控制分离膜装置的能量转化方法，包括如下步骤：
1)使用流体动量阶梯控制分离膜装置能量转化系统，该能量转化系统包括储罐1，储罐1通过管道依次与泵2、芳香族聚酰胺反渗透膜装置3、截止阀4、流量计7和轴流式水轮机6连接；装置运行中，流体温度为20℃，密度为998.2kg/m3，粘度为100.5×10-5Pa·s；装置中的管径为0.0064m。
2)开启泵2，使流体从储罐1输送到芳香族聚酰胺反渗透膜装置3用于去除流体中的污染物，通过调节截止阀4控制流速为3.13m/s，进而控制流体的雷诺数Re为19865(此时流体动量为62.39kg·m/s)，稳定2min，再次调大流速为3.78m/s，使流体的雷诺数Re增加至24028(此时流体动量为75.46kg·m/s)，再稳定2min，使流体的动量高效地(动量传递效率为87.22％)由芳香族聚酰胺反渗透膜装置传递到轴流式水轮机6完成机电转化。该动量状态下，流体动能转化为电能32.80J(约合9.11×10-6kW·h)，所获电能储存和备用；
流体从轴流式水轮机6经过管道回流到储罐1。

Claims (3)

1.流体动量阶梯控制分离膜装置的能量转化方法，其特征是包括如下步骤：
1)使用流体动量阶梯控制分离膜装置能量转化系统，所述能量转化系统包括储罐(1)，储罐(1)通过管道依次与泵(2)、分离膜装置(3)、截止阀(4)、流量计(7)和机电转化装置(6)连接；
2)开启泵(2)，使流体从储罐(1)输送到分离膜装置(3)用于去除流体中的污染物，通过调节截止阀(4)控制流速，进而控制流体的雷诺数Re，稳定1-2min，再次调大流速，使流体的雷诺数Re增加，再稳定1-2min，使流体的动量高效地由分离膜装置传递到机电转换装置6完成机电转化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述分离膜装置为聚砜超滤膜装置、聚偏氟乙烯超滤膜装置、聚氯乙烯超滤膜装置或芳香族聚酰胺反渗透膜装置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述机电转化装置为轴流式水轮机、混流式水轮机或冲击式水轮机。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104209008A (zh) * 2014-07-03 2014-12-17 国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所 一种反渗透海水淡化能量回收装置性能测试系统及方法
CN104528883A (zh) * 2014-12-30 2015-04-22 王晓初 太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置
CN104806419A (zh) * 2014-01-26 2015-07-29 宝山钢铁股份有限公司 一种自供电循环水旁流水系统及其使用方法
JP2016068009A (ja) * 2014-09-30 2016-05-09 株式会社日立製作所 海水淡水化プラント及び海水淡水化プラントの制御方法
CN106731853A (zh) * 2017-01-18 2017-05-31 苏州膜海分离技术有限公司 一种超滤反渗透双膜法能量回收系统
CN107076102A (zh) * 2014-10-23 2017-08-18 大金工业株式会社 流体系统
CN107100788A (zh) * 2017-06-30 2017-08-29 武汉武水电气技术有限责任公司 水轮机喷咀或导叶开度控制系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104806419A (zh) * 2014-01-26 2015-07-29 宝山钢铁股份有限公司 一种自供电循环水旁流水系统及其使用方法
CN104209008A (zh) * 2014-07-03 2014-12-17 国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所 一种反渗透海水淡化能量回收装置性能测试系统及方法
JP2016068009A (ja) * 2014-09-30 2016-05-09 株式会社日立製作所 海水淡水化プラント及び海水淡水化プラントの制御方法
CN107076102A (zh) * 2014-10-23 2017-08-18 大金工业株式会社 流体系统
CN104528883A (zh) * 2014-12-30 2015-04-22 王晓初 太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置
CN106731853A (zh) * 2017-01-18 2017-05-31 苏州膜海分离技术有限公司 一种超滤反渗透双膜法能量回收系统
CN107100788A (zh) * 2017-06-30 2017-08-29 武汉武水电气技术有限责任公司 水轮机喷咀或导叶开度控制系统

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