1、湖南理工职业技术学院毕业设计（论文）题 目： 超纯水系统与空气压缩机毕业论文 年级专业： 2010 级机电一体化 学生姓名： 李 石 指导教师： 肖志平 2013 年 5 月 25 日2目 录中文摘要，关键词4 1 超纯水系统定义4 2 工艺流程43 超纯水系统反渗透法超纯水制造技术4 3.1 超纯水质量43.2 应用领域43.3 主要组成5 3.4 反渗透定义5 3.5 反渗透原理5 3.6 技术优点64 EDI 纯水制造系统6 4.1 工作原理64.2 系统特点75 超滤定义7 5.1 超滤原理76 空气压缩机87 空气压缩机的分类88 各空压机简介9 9 特征特点 10 10 主要用途1
2、011 空压机工作原理1011.1 螺杆式空压机的工作原理1011.2 压缩气供气系统组成及空压机控制原理1111.2.1 压缩气供气系统组成1111.2.2 空气压缩机的控制原理1112 结束语1213 参考文献1214 附录123摘 要1.超纯水最初是美国科技界为了研制超纯材料(半导体原件材料、纳米精细陶瓷材料等)应用蒸馏、去离子化、反渗透技术或其它适当的超临界精细技术生产出来的水，如今超纯水已在生物、医药、汽车等领域广泛应用。这种水中除了水分子(H20)外，几乎没有什么杂质，更没有细菌、病毒、含氯二恶英等有机物，当然也没有人体所需的矿物质微量元素，超纯水无硬度，口感较甜，又常称为软水，可
3、直接饮用，也可煮沸饮用。超纯水,是一般工艺很难达到的程度，如水的电阻率大于 18M*cm，接近于 18.3M*cm则称为超纯水。2.空气压缩机（英文为：air compressor）是气源装置中的主体，它是将原动机（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。2013-2017 年中国空气压缩机行业产销需求与转型升级分析报告 1数据显示，我国的空气压缩机行业的市场规模均为 8%以上的增速增长，2010-2011 年增长率甚至超过了28%，市场规模扩张迅速。然而，在规模如此巨大的市场上，过去很长一段时间由外资企业掌握绝大部分市场。据前瞻网数据显示，2009 年度，我国
4、空气压缩机行业共有生产企业近 400 家，其中内资企业数量接近 90%，实现销售收入总额约为 60 亿元，占全行业的 40%;外资企业数量接近 10%，实现销售收入总额约为 90 亿元，占全行业的 60%。然而，内资企业不断加强技术革新，行业内的龙头内资企业，如开山股份，在技术不断开拓进取，公司产品性能达到国际水平，在外资占主导的高端市场已有所斩获。凭借产品性能的不断改进和技术的不断升级，内资企业的市场占有率也逐年提高。以螺杆式空压机为例，2009-2011 年，螺杆空压机销量由 1.48 万台增值 3.28 万，年复合增长率为48.87%，市场占有率由 2009 年的 14.10%增至 19
5、.40%；销量由 0.08 万台增至 2.01 万台，市场占有率由 0.80%升至 11.90%，发展十分迅速。41 超纯水系统定义超纯水系统是指系统从原水至超纯水完整产生的生产系统。 一般超纯水系统是经由多重过滤，离子交换，除气，逆渗透，紫外线，超滤，纳米率，离子吸附过滤所产生的超纯水。2 工艺流程1: 预处理-反渗透-纯化水箱-离子交换器-紫外灯-纯水泵-用水点2: 预处理-一级反渗透-二级反渗透(正电荷反渗膜)-纯化水箱-纯水泵-紫外灯-用水点3: 预处理-反渗透-中间水箱-中间水泵-EDI 装置-纯化水箱-纯水泵-紫外灯-用水点4: 预处理紫外线杀菌装置一级 RO 装置二级 RO 装置
6、中间水箱EDI 装置脱氧装置氮封纯水箱除 TOC UV 装置抛光混床超滤装置用水点水质符合美国 ASTM 标准，电子部超纯水水质标准(18M*cm，15M*cm，2M*cm 和0.5M*cm 四级)3 超纯水系统反渗透(膜分离)法超纯水制造技术反渗透是用足够的压力使溶液中的溶剂(一般常指水)通过反渗透膜(一种半透膜)而分离出来，方向与渗透方向相反，可使用大于渗透压的反渗透法进行分离、提纯和浓缩溶液。反渗透膜的主要分离对象是溶液中的离子范围。3.1 超纯水质量导电率：0.055 S/cm细菌含量：1 CFU/mlTOC： 310 ppb*除热原性能：最大每分钟 1.5 升3.2 应用领域51、电
7、子、电力、电镀、照明电器、实验室、食品、造纸、日化、建材、造漆、蓄电池、化验、生物、制药、石油、化工、钢铁、玻璃等领域。2、化工工艺用水、化学药剂、化妆品等用纯水。1) 单晶硅、半导体晶片切割制造、半导体芯片、半导体封装 、引线柜架、集成电路、液晶显示器、导电玻璃、显像管、线路板、光通信、电脑元件 、电容器洁净产品及各种元器件等生产工艺用纯水。2) 食品工业用水:饮用纯净水、矿泉水、资料、啤酒、乳业等。3) 海水、苦咸水淡化：海岛、舰船、高盐碱地区生活用水改善4) 楼宇、社区优质供水:星级宾馆、机场、房产物业纯水网络系统等5) 化工行业工艺用水：化工冷却、化肥、化学药剂制造6) 工业产品制造用
8、水：汽车、家电涂装、涂料、油漆、精细加工清洗等7) 电力行业锅炉补给水:热力、火力发电锅炉、中、低压锅炉动力系统 精细化工、精尖学科用水3.3 主要组成RO 系统（反渗透系统） 超滤系统EDI 系统RO 系统（反渗透系统）3.4 反渗定义反渗透是 60 年代发展起来的一项新的膜分离技术,是依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程.反渗透的英文全名是“REVERSE OSMOSIS”,缩写为“RO反渗透技术，是当今最先进和最节能有效的膜分离技术。其原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。由于反渗透膜的膜孔径非常小（仅为 10A 左右） ，
9、因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等（去除率高达 97%-98%） 。反渗透是目前高纯水设备中应用最广泛的一种脱盐技术，它的分离对象是溶液中的离子范围和分子量几百的有机物63.5 反渗透原理首先要了解“渗透”的概念.渗透是一种物理现象.当两种不同浓度盐类的 水,如用一张半渗透性的薄膜分开就会发现,含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中,而其中的盐分并不渗透,这样,逐渐把两边的含盐浓度融合到均等为止.然而,要完成这一过程需要很长时间,这一过程也称为渗透.但如果在含盐量高的水侧,施加一个压力,其结果可以使上述渗透停止,.如果压力再加大,可以使水向相反的方向渗透,而盐分剩
10、下.因此,反渗透除盐原理,就是在有盐分的水中(如原水),施以比自然渗透压力更大的压力,使渗透向相反方向进行,把原水中的水分子压到膜的另一边,变成洁净的水,从而达到除去水中杂质、盐分的目的。反渗透技术是当今最先进、最节能、效率最高的分离技术。其原理是在高于溶液渗透压的压力下，借助于只允许水分子透过的反渗透膜的选择截留作用，将溶液中的溶质与溶剂分离，从而达到纯净水的目的。3.6 技术优点 反渗透膜的性能明显提高。功交换器的研制成功段间能量回收透平的成功应用微滤技术用于海水预处理4 EDI 纯水制造系统EDI（Electrodeionization）是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技
11、术相结合的纯水制造技术。它巧妙的将电渗析和离子交换技术相结合，利用两端电极高压使水中带电离子移动，并配合离子交换树脂及选择性树脂膜以加速离子移动去除，从而达到水纯化的目的。因而,这里的 EDI 系统是一种纯水制造系统。4.1 工作原理电去离子(EDI)系统主要是在直流电场的作用下，通过隔板的水中电介质离子发生定向移动，利用交换膜对离子的选择透过作用来对水质进行提纯的一种科学的水处理技术。7电渗析器的一对电极之间，通常由阴膜，阳膜和隔板(甲、乙)多组交替排列，构成浓室和淡室(即阳离子可透过阳膜,阴离子可透过阴膜)。淡室水中阳离子向负极迁移透过阳膜,被浓室中的阴膜截留;水中阴离子向正极方向迁移阴膜
12、,被浓室中的阳膜截留，这样通过淡室的水中离子数逐渐减少，成为淡水，而浓室的水中，由于浓室的阴阳离子不断涌进，电介质离子浓度不断升高，而成为浓水，从而达到淡化、提纯、浓缩或精制的目的。4.2 系统特点水质稳定容易实现全自动控制不会因再生而停机 不需化学再生运行费用低厂房面积小无污水排放5 超滤定义超滤是采用中空纤维过滤新技术，配合三级预处理过滤清除自来水中杂质；超滤微孔小于 0.01 微米，能彻底滤除水中的细菌、铁锈、胶体等有害物质，保留水中原有的微量元素和矿物质。5.1 超滤原理超滤是一种加压膜分离技术，即在一定的压力下，使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制的薄膜，而使大分子溶质不能透过，留在
13、膜的一边，从而使大分子物质得到了部分的纯化。超滤原理也是一种膜分离过程原理，超滤利用一种压力活性膜，在外界推动力(压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质，而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程。通过膜表面的微孔筛选可截留分子量为 3x100001x10000 的物质。当被处理水借助于外界压力的作用以一定的流速通过膜表面时，水分子和分子量小于300500 的溶质透过膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于筛分作用被截留，从而使水8得到净化。也就是说，当水通过超滤膜后，可将水中含有的大部分胶体硅除去，同时可去除大量的有机物等。超滤原理并不复杂。在超滤过程中，由于被截留的杂质在膜表面上不断积累，
14、会产生浓差极化现象，当膜面溶质浓度达到某一极限时即生成凝胶层，使膜的透水量急剧下降，这使得超滤的应用受到一定程度的限制。为此，需通过试验进行研究，以确定最佳的工艺和运行条件，最大限度地减轻浓差极化的影响，使超滤成为一种可靠的反渗透预处理方法。超滤是一种膜分离技术，(UItrafil-tration 简称 UF)。能够将溶液净化，分离或者浓缩。超滤是介于微滤与纳滤之间，且三者之间无明显的分界线。一般来说，超滤膜的孔径在 0.05 um1 nm 之间，操作压力为 0.10.5 Mpa。主要用于截留去除水中的悬浮物、胶体、微粒、细菌和病毒等大分子物质。超滤膜根据膜材料，可分为有机膜和无机膜。按膜的外
15、型，又可分为：平板式、管式、毛细管式、中空纤维和多孔式。目前家用超滤净水器，多以中空膜为主。超滤膜的工作以筛分机理为主，以工作压力和膜的孔径大小来进行水的净化处理。以中空纤维为例，以进水方式可分为外压式：原水从膜丝外进入，净水从膜丝内制取。反之则为内压式。内压式的工作压力较外压式要低。超滤膜在饮用水深度处理，工业用超纯水和溶液浓缩分离等许多领域中，得到了广泛应用6 空气压缩机空气压缩机（英文为：air compressor）是气源装置中的主体，它是将原动机（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置7 空气压缩机的分类1、按工作原理可分为三大类：容积型、动力型（速度
16、型或透平型）、热力型压缩机。2、按润滑方式可分为无油空压机和机油润滑空压机。93、按性能可分为：低噪音、可变频、防爆等空压机。4、按用途可分为：冰箱压缩机、空调压缩机、制冷压缩机、油田用压缩机、天然气加气站用、凿岩机用、风动工具、车辆制动用、门窗启闭用、纺织机械用、轮胎充气用、塑料机械用压缩机、矿用压缩机、船用压缩机、医用压缩机、喷砂喷漆用。5、按型式可分为：固定式、移动式、封闭式。8 各空压机简介容积式压缩机直接依靠改变气体容积来提高气体压力的压缩机。活塞式压缩机是容积式压缩机，其压缩元件是一个活塞，在气缸内做往复运动。回转式压缩机是容积式压缩机，压缩是由旋转元件的强制运动实现的。滑片式压缩
17、机是回转式变容压缩机，其轴向滑片在同圆柱缸体偏心的转子上作径向滑动。截留于滑片之间的空气被压缩后排出。液体-活塞式压缩机是回转容积式压缩机，在其中水或其它液体当作活塞来压缩气体，然后将气体排出。罗茨双转子式压缩机属回转容积式压缩机，在其中两个罗茨转子互相啮合从而将气体截住，并将其从进气口送到排气口。没有内部压缩。螺杆压缩机是回转容积式压缩机，在其中两个带有螺旋型齿轮的转子相互啮合，使两个转子啮合处体积由大变小，从而将气体压缩并排出。螺杆式空气压缩机中的螺杆压缩组件，采用最新型数控磨床内部制造， 并配合在线激光技术，确保制造公差精确无比 。其可靠性和性能可确保 压缩机的运转费用在使用期内一直极低
18、。调整压缩机、一体式压缩机和干燥剂系列都是 L/LS 系列压缩机中的新产品。速度型压缩机是回转式连续气流压缩机，在其中高速旋转的叶片使通过它的气体加速，从而将速度能转化为压力。这种转化部分发生在旋转叶片上，部分发生在固定的扩压器或回流器挡板上。螺杆式空压机运行及维护技术问答详见中国电力出版社一书。离心式压缩机属速度型压缩机，在其中有一个或多个旋转叶轮（叶片通常在侧面）使气体加速。主气流是径向的。10轴流式压缩机属速度型压缩机，在其中气体由装有叶片的转子加速。主气流是轴向的。混合流式压缩机也属速度型压缩机。其转子的形状结合了离心式和轴流式两者的一些特点。喷射式压缩机利用高速气体或蒸汽喷射流带走吸
19、入的气体，然后在扩压器上将混合气体的速度转化为压力。9 特征特点由电动机直接驱动压缩机，使曲轴产生旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，引起气缸容积变化。由于气缸内压力的变化，通过进气阀使空气经过空气滤清器（消声器）进入气缸，在压缩行程中，由于气缸容积的缩小，压缩空气经过排气阀的作用，经排气管，单向阀（止回阀）进入储气罐，当排气压力达到额定压力 0.7MPa 时由压力开关控制而自动停机。当储气罐压力降至 0.5-0.6MPa 时压力开关自动联接启动。10 主要用途a 、传统的空气动力：风动工具，凿岩机、风镐、气动扳手，气动喷砂b 、仪表控制及自动化装置，如加工中心的刀具更换等。c、车辆制动，门
20、窗启闭d 、喷气织机中用压缩空气吹送纬纱以代替梭子e 、食品、制药工业，利用压缩空气搅拌浆液f 、大型船用柴油机的起动g 、风洞实验、地下通道换气、金属冶炼h 、油井压裂i、高压空气爆破采煤j 、武器系统，导弹发射、鱼雷发射k、潜艇沉浮、沉船打捞、海底石油勘探、气垫船l、轮胎充气m、喷漆11n、 吹瓶机o、空分行业p、工业控制动力（驱动气缸、气动元件）q、生产高压空气用于加工件的冷却和干燥11 空压机工作原理11.1 螺杆式空压机的工作原理 螺杆式空气压缩机的工作过程分为吸气、密封及输送、压缩、排气四个过程。当螺杆在壳体内转动时，螺杆与壳体的齿沟相互啮合，空气由进气口吸入，同时也吸入机油，由于
21、齿沟啮合面转动将吸入的油气密封并向排气口输送；在输送过程中齿沟啮合间隙逐渐变小，油气受到压缩；当齿沟啮合面旋转至壳体排气口时，较高压力的油气混合气体排出机体。 11.2 压缩气供气系统组成及空压机控制原理 11.2.1 压缩气供气系统组成： 工厂空气压缩气供气系统一般由空气压缩机、冷干机、过滤器、储气罐、管路、阀门和用气设备组成。 11.22 空气压缩机的控制原理： 在工厂的空气压缩机控制系统中， 普遍采用后端管道上安装的压力继电器来控制空气压缩机的运行。空压机启动时，加载阀处于不工作态，加载气缸不动作，空压机头进气口关闭，电机空载启动。当空气压缩机启动运行后， 如果后端设备用气量较大， 储气
22、罐和后端管路中压缩气压力未达到压力上限值，则控制器动作加载阀，打开进气口，电机负载运行，不断地向后端管路产生压缩气。如果后端用气设备停止用气，后端管路和储气罐中压缩气压力渐渐升高，当达到压力上限设定值时，压力控制器发出卸载信号，加载阀停止工作，进气口关闭，电机空载运行。1212.结束语通过在公司 3 个月的工作和学习，我基本掌握了超纯水系统和空气压缩机的工作原理，这要感谢学校老师两年多来悉心的培养，令我掌握了机电类专业基本知识，为我在顶岗实习的工作中打下了坚实的基础，对于工作中的任务都能通过简单学习后轻松的完成。在此还要感谢在工作中培养我和帮助了我的领导和同事。13.参考文献超纯水系统基本说明
23、说超纯水制备水系统2013-2017 年中国空气压缩机行业产销需求与转型升级分析报告永磁变频双螺杆式空压机的节点特点涡旋式空压机工作原理14 附录1、超纯水制备的发展进程早期超纯水的需求主要是来自发电、医药化工、造纸等行业，水质要求相对较低，其制备只要采用离子交换，该方法的主要缺点是化学药剂再生，既麻烦又不经济，而且由于强行树脂对一般有机分子除去效果差，出水中 TOC 含量高，随着半导体工业法杖，对超纯水质量要求提高，从而大大的推动了纯水技术的发展，到了上个世纪末，膜技术得到了广泛的应用，微滤，超滤，电渗析和反渗透等先进的水处理技术得到了飞速的发展，膜法制备纯水取代了传统的离子交换器系统，解决
24、了 TOC 问题，满足了电子行业对纯水质量的要求。 2、超纯水制备工艺1、传统超纯水制备工艺流程：原水多介质过滤器活性炭过滤器一级除盐混床超纯水2、膜法超纯水制备工艺流程：原水超滤反渗透EDI超纯水在膜法工艺中，超滤，微滤替代澄清，石英砂过滤器，活性炭过滤器，除去水中的悬浮物胶体和有机物，降低浊度，SDI，COD 等，可以实现反渗透装置对污水回用的安全，高效运行，以反渗透替代离子交换器脱盐，进一步除去有机物，胶体，细菌等杂志，可以保证反渗透出水满足 EDI 进水的要求，以 EDI 代替混床深度脱盐，利用电而不是酸碱对树脂再生，避免了二次污染。3、原水水质概论水中的杂质按存在的形态的不同可以分为
25、悬浮物，胶体和溶解性固体三种，其中固体含量用总固体量作为指标，把一定量水样在 105-110烘箱中烘干到恒重，所得的重量及为总固含量。第一类是悬浮物物指悬浮于水中的物质，颗粒直径在 10-4mm 以上，如泥沙，粘土，动植物残骸，微生物，有机物，藻类等。13第二类是胶体，指水中带电荷的胶体为例，颗粒直径在 10-5mm 之间，胶体颗粒是许多分子或离子集合体，这种细小颗粒具有较大的比表面积，从而使他具有特殊的吸附能力，而被吸附的物质往往是水中的离子，因此胶体颗粒带有一定的电荷，如硅铁铝化合物及一些高分子有机物如腐殖质等，也有一些在此粒径范围的细菌，病毒等。第三类是溶解物，只被水所溶解的，分子或离子
26、状态的溶质或气体如氯化物，硫酸盐等。悬浮物和胶体是使天然水产生浑浊的主要原因。4、原水的预处理反渗透因为膜材料及元件的关系，对进水水质有一定的要求，预处理解决的问题是堵塞，结垢，污染和破坏，堵塞是指水中的颗粒，悬浮物，胶体，铁氧化物沉淀等堵塞膜元件的流道，结垢是指难溶盐在浓水侧浓缩厚结晶析出，可预先除去或加阻垢剂。污染是指油脂，有机物吸附在膜的表面，微生物繁殖，胶体吸附等，采用杀菌，氧化破坏，絮凝过滤，活性炭吸附等办法解决，破坏是指自由氧，臭氧等氧化剂破坏膜材料，采用活性炭吸附或者加还原剂。1）、传统预处理方法多介质过滤器对有机物除去主要是依靠絮凝作用加以捕获，只对颗粒状或胶体状的大分子物质有
27、效，对溶解状态的天然有机物和许多工业有机污染物无效。活性炭吸附可以通过吸附作用，部分除去小分子的有机物，活性炭对于 COD 的除去率在 40-90%。活性炭不作为过滤截留用。2）、膜法预处理膜法预处理为下游的拖延系统提供可靠的进水水质保证。过滤是一种以筛分为分离原理，以压力位推动力的膜分离过程，过滤精度在 0.005um-0.01um 范围，可以有效除去水中的微粒，胶体，细菌以及高分子有机物等，超滤过程无相转化，具有良好的耐温，难酸碱和耐氧化性能。超滤采用不同的截留分子量的膜材料及工艺设计，可以适应各种不同水质条件及分离功能。5、反渗透反渗透简称 RO，主要是高压泵与反渗透膜组成，在高压的情况
28、下，除去水分子以为，水中的其他物质，矿物质，有街舞，微生物等，并被高压水流冲击渗透到另一面的水即使安全，卫生，纯净的水。利用反渗透的分离特征可以有效除去水中的溶解盐，胶体，有机物，细菌等杂志，反渗透具有能耗低，无污染，工艺陷阱，操作简单等优点，反渗透技术可惯犯应用于过滤补给水的软化除盐，海水，苦咸水的淡化，饮用纯净水的制备，电子工业超纯水的制备，虎穴，食品工业中的分离，浓缩及回收，以及其他工艺用水等。反渗透膜影响因素1）、回收率：过高的回收率会使膜污染或浓水中过量的溶解盐沉淀，导致膜的结垢。2）、温度：温度对渗透压与水通量均有影响，水通量与温度成正比，通常与温度变化的粘度成正比，一般水温升高一
29、度，膜产水量增加 3%。3）、压力：对给定的一组进水条件，增大压力会使单位膜面积的水流量提高，虽然盐通量不受压力影响，但是增加压力引起水流量的增大却稀释了盐对膜的通过，其结果使透过液的盐浓度减低。6、EDI 技术EDI 特征是：将电渗析技术和离子交换技术相融合，无需酸碱而连续制取高品质的纯水，利用电而不是酸碱对树脂进行再生，简单的说，DEI 是一种不消耗酸碱而制取纯14水的新技术，俗称电混床，填充床电渗析，DEI 具有可连续生产连续再生，产水品质稳定，运行费用低，操作管理方便，占地面积小等优点，同时无废水，化学污染排放，有利于节水和环保，也节省了污水处理投资和水处理费用。7、结论利用超滤，反渗透，EDI 等膜元件组合集成的膜法工艺，构成了没有酸碱的脱盐系统，其中超滤系统作为预处理，实现了反渗透系统的高效，安全运行，使用高脱盐率反渗透膜处理，世纪反渗透产水水质满足 EDI 的进水标准。EDI 膜元件的模块化设计，可方便使组合任意产水规模，彻底避免酸碱，缩小占地空间，适用各种用途的脱盐系统，使水处理技术的发展上升到了新的高度。 文章自：www honeywell.org,cn 北京霍尼韦尔
