基于热泵循环的双效低温蒸发浓缩碱液循环系统理论设计与计算分析文献综述

文献综述（或调研报告）：

引言：

在现代化工产业当中，氢氧化钠溶液是一种极为重要的原料。同时，在各种化工过程当中又极易产生含低浓度的氢氧化钠的废液，废液的排放/处理成本较高，因而设计一个高效节能的碱回收系统是很有意义的。目前常用的碱液浓缩技术是反渗透技术、多级闪蒸技术以及机械驱动蒸汽压缩式热泵蒸发技术。热泵蒸发系统结构紧凑，占地面积较小，在小容量系统市场中有极大的竞争实力。而热泵蒸发系统工作过程为纯热力学过程（传热/传质），因此在系统上有很大的优化潜力。热泵技术本身是一项历史悠久的技术，早在开尔文时代就提出了“热量倍增器”热泵系统的概念，从第一台热泵机组面世至今，这项技术已经历了百余年的发展。在近年来的研究中，对于热泵系统的热力学分析引入了㶲的概念，从能量的质和量两个角度同时入手考虑，使用㶲模型来设计和评价一个系统，可以得到更优化的方案。氯碱工业也已经经历了多年的发展，本研究中涉及的氢氧化钠溶液的各种理化参数都可以在工程手册^[8]当中查到。

正文：

1. 国外研究现状：国外能查到的氯碱工业的文献较少，近年的研究重点更多的是海水蒸馏淡化技术，与本研究相似，可以作为参考。目前已有大量海水蒸馏系统投产，对于热泵驱动的盐水蒸发浓缩系统建立起了相应热力学模型以及热经济学模型^[1]，并开发了相应的可视化仿真设计软件^[2]，对于系统的驱动能源选择、传热形式、多效蒸发的校数选择、系统容量的选择等进行了详细的探讨研究，提出了对于海水蒸馏系统的最优化解决方案。同时也提出了一些问题，也是本研究中一个主要的问题，热泵驱动的海水蒸馏系统压缩机压比在1.5以下，市场上几乎找不到相应的压缩机，需要专门定制，如果使用现有的压缩机代替则会让压缩机工作在低效率工况下，这两种情况都会极大增加系统的成本。
2. 国内研究现状：国内这方面能查到文献较多，对于热泵蒸发系统提出了各种各样的优化建议和方案，这些研究大多数是基于工程实践^[6,7]，优化方案也多是基于设备本身的选型，这是对于已经建成投产的系统的比较好的改进措施，但是对于系统的能效提升也有限，大约在5%-10%这个量级^[4]，而相比于国外的系统整体优化措施的优化率25%左右是有很大的差距。在近来的文献中也开始引入系统㶲分析，如参考文献[3]中提到的用于丝光印染碱回收的热泵系统，其㶲效率仅在4.8%左右，这就是系统能效提升的潜力所在，但研究也并没有明确提出对于系统㶲效率优化的方案。

总结：

目前国内外对于热泵蒸发技术的研究都形成了比较系统的理论体系，国外的热经济性分析领先国内不少，对于系统的可用能分析比较完善，也开发出了相应的计算模块，国内受限于实际工程设备，热经济性分析相对比较落后，系统大多㶲效率较低，且研究中少有对系统的热经济性进行评估和改进。那么对于本研究而言，在系统设计的过程当中，设备、参数的选择就应当充分考虑系统的热经济性，对系统进行最优化设计。

参考文献：

[1]A.S. Nafeya, H.E.S. Fathb, A.A. Mabroukc, Thermoeconomic design of a multi-effect evaporation mechanical vapor compression

( MEE–MVC) desalination process,230 (2008) 1–15

[2]A.S. Nafey, H.E.S. Fath and A.A. Mabrouk, A new visual package for design and simulation of desalination processes. Desalination, 194 (2006) 281–296.