海水淡化:远远超前

Lohfelden
海水淡化
海水淡化

高性能塑料如何减少海水淡化过程中的积污和结垢。

水对生活质量的影响巨大。 我们需要饮用清澈、纯净的淡水。 但在世界部分地区,获取饮用水的过程仍很曲折艰难,所采用的方法还可能对环境造成破坏。 时至今日,热法海水淡化已造成数以吨计的缓蚀剂、铜粒和净水剂不断渗入海洋。 泰诺风开发的新型塑料管道致力于改变这一现状。 目前用于蒸发海水、生产饮用水的管道多采用铝黄铜、钛或铜镍合金制成,因此非常容易积垢。 塑料管道能彻底解决这一问题。

在新产品创意的准备阶段,泰诺风卡斯特福 (Technoform) 所进行的系统化趋势分析总能引领我们的挤压工艺专家探索未知的领域。海岸便是本案例中的未知领域。 展望未来,水是人类生活最关键的资源之一,因此,公司的创新管理部门很快看到了其中蕴藏的巨大潜力。 “当然,也有人警告过我们说,不要对此抱太大希望。 截至目前,还没有人成功挤压出具备出色导热性能的塑料。 但这也正是我们锲而不舍的原因!”创新经理 Jasmin Düwell 说道。

每天饮用500,000立方米的饮用水。

波斯湾的海水淡化厂。

海水淡化厂

无金属热交换器解决方案

无金属换热器管
360°3D扫描,分辨率为10μm

通过使用创新的刀具策略,与金属具有相同的导热系数。

3D扫描

我们要面对的现实是: 科学家预计,由于全球人口增长和工业化,未来的水资源短缺问题会更加严峻。 到 2025 年,全球可能会有 18 亿左右的人口受到缺水问题的影响,多达三分之二的人口将面临限水。 在海湾国家,海水淡化工厂已经成为饮用水的主要供应源。 许多大型工厂(例如位于迪拜杰贝阿里的工厂)既是海水淡化厂,又是发电厂,每天能够使用海水生产多达 500,000 立方米的饮用水。 在欧洲,葡萄牙和西班牙绞尽脑汁,充分利用每一滴雨水。 而在旱灾频发的加利福尼亚州,有 44 个海水淡化工厂项目已在规划当中。

但缺水并非唯一的问题。 管道通常由钛或铜制成,这些有限原材料的需求量很大,而且很容易发生腐蚀。 而这正是泰诺风卡斯特福努力的方向: 目标就是开发出一种能够有效保护环境,实现成本节约的塑料替代品。

显然,塑料这种材料在耐腐蚀性方面的表现优于金属, 但其导热性则差得多。 由工艺工程师、工具技师和设计工程师组成的公司研发团队 在该项目上持续进行了三年多时间的研发。 他们将各种填充材料混合到热塑性塑料中,并不断调整用量进行试验,优化挤压工艺,一遍又一遍地更改复合材料的成分。

起初我们以为采用较大比例的导热性填充材料可以达到理想的结果, 但很快发现这样做还是不可能获得和金属管道一样高的导热性。 我们只能通过采取创新的工具策略实现与金属相当的导热系数。

Thomas Orth, 研发工程师

在对创新的塑料-石墨管道进行试验时,不出所料,它们的防结垢和耐腐蚀特性非常出众。 几乎没有沉积物附着在塑料表面。 这意味着相比原来,现在只需少量的化学品用来清洗工厂设备并排入海洋。 填充材料颗粒几乎完全被塑料吸附,塑料充当起了高效的粘着剂。 此外,不同于铜材料,石墨对环境或人体健康无害。 聚丙烯-石墨甚至已经得到美国食品药品监督管理局 (FDA) 的批准,能够用于处理饮用水。

所有这些给了泰诺风团队极大信心,他们到中东拜访了这一领域的主要从业者,并介绍了自己的创新理念。 开发工程师们也希望挖掘出客户可能需要的特定产品。 结果,他们发现客户的主要关注点是管道的外部,因为只有外部完全湿润,蒸发才能取得最佳效果。 他们回来之后又经过了六个月的试验、设计和重新组合,最终大获成功... 泰诺风人员开发出一套精细的程序,能够完全按照要求激活管道的表面。 管道的内部具有疏水性,会促使水滴凝结,并进一步提升导热性能和整体的热转换系数。 而在外部,流动的水会与管道的表面完全接触。

在可持续性方面,泰诺风开发的创新产品也是金属管道无法比拟的。 在整个制造流程中,聚丙烯-石墨管道的二氧化碳总足迹比其同类金属产品低 74%。 目前,概念验证即将开始,他们将在试验设施中进行连续测试。 虽然这项工作还在继续,但泰诺风已经在计划下一步的行动: 公司组织了研讨会,邀请来自德国工程师协会 (VDI) 的学生参加,而且发现了塑料-石墨技术大量其它应用。

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