计算机辅助设计在反渗透工程中的应用
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摘要：
设计一个有效的反渗透水处理工程，它涉及一般工艺的流程安排所需跟大量的计算衡量，而采用计算机辅助设计技术来进行反渗透水处理工程的设计，将提高工程设计工作效率和设计质量。ROCADS 抽取反渗透膜的共性，建立其性能数据库及相关模型，提供开放式的数据接口，采用面向对象编程技术，并通过数据比较验证系统的运行结果有效性。
关键词：反渗透；工艺流程图；水处理；衡算
我们一直都是觉得日常生活里的水是永远都用不完的，是随处随地都可以获得的。但是在最近的50 年里面，人们开始逐渐地对地球水资源如果贫乏所带来的严重现象获得了很大的意识。理所当然的，如何解决好水资源的缺乏问题跟水资源的污染问题目前已经成为了急迫需要被解决的首要任务。在针对水的处理技术这一领域里面，反渗透就是一种相比较而言最为高效最为节能的处理水技术，它主要就是将进料里面的水跟离子或者是跟小分子相互分离开来，从而可以达到净化水跟浓缩水这两个最大的目标。这个过程是没有相变之说的，所以一般是不需要进行加热的，工艺的过程也变得简便，能量耗用就变得较低，操控它就变得比较容易，所以目前它已经被广泛应用在水处理的技术工艺里面。
就是因为之前我国有关计算机的辅助设计应用方面的工程是比较晚被推广被应用的，再加上水处理这个行业，它所涉及的面积比较广、流程也相对复杂、不达标准的一些设备比较多、而且有的传统观念比较老旧等等这么多的一些原因，让整个计算机的辅助设计方面的技术在进行水处理的一些行业里面的应用跟其他类型行业里面得应用相比较来说，发展就相对较为缓慢了。
一、反渗透工程在计算机相关辅助设计方面的主要步骤形式跟重点内容
反渗透工程指的就是由一系列的单元操作行为跟单元的过程互相联合组合形成，而这一系列的单元操作行为跟单元过程，它们的排列就自然而然构成了反渗透工程的步骤流程。如下所述的就是反渗透工程在计算机相关辅助设计方面的主要步骤形式跟一些重点内容。
1.1 工艺相关流程示意图的要求设计
工艺有关流程方面的设计作为整个反渗透工程在设计这点上的一个关键点。它的目的跟内容简单来说就是：要通过所要设计工艺的流程图，知道物品是如何从原料变成可以出售的商品的，知道物料相关的一些变化跟所走的流向，知道相关化工的步骤流程跟一些必备的设备、所要的管道、有关的计量跟关键的掌控点等等一些具体的情况。反渗透工艺，它所用的流程图实质上就是指在一般工艺设计里面的一种具体流程所用的表达方法，它一般是在考虑过在整个生产过程里面所需要原料的一些变化跟所需实际使用设备的一个基础之上，而被提出的最佳工艺方案的择选。在设计或者是在绘制所需的工艺流程的示意图的时候，是可以要求设计的相关人员必须首要考虑好工艺所要路线的一种先进性跟最佳合理性，也要考虑在整个的生产环节里面的最实际的地方，而且不会涉及到有关物料的变化跟有关设备所需要的具体的实际的尺寸大小。
1.2 在主要相关设备方面的选型
需要确定好所用设备的具体型号、准确的尺寸、最佳的数量跟有关的材质以及所计算的结构参数等等，将它们作为在选择设备方面的一种依据。
1.3 所需物料的衡算和所需流量的衡算
所需物料的衡算和所需流量的衡算通常都是根据自己之前所学的质量守恒的定律，主要就是利用在一些进出的过程里面某些已经算好的物料所需要的流量跟适当的组成，通过建立有关物料的平衡式和约束式，求出其他未知物流的流量和组成的过程。所需物料的衡算和所需流量的衡算作为整个工艺设计所需的最基础的计算点，只有衡算过所需物料跟流量之后才能更加准确地确定整个过程里面各个物流的相关组成跟所用流量，定量了解产品、副产品、中间产品的生产量，了解各原料的消耗定额和物料损失情况，了解设备的生产量与设备能力之间是否平衡，从而可以在一定程度上来改进工艺的设计，提高整个生产条件的水平。
1.4 相关的工艺流程方面的模拟与计算
在完成整个流程示意图的计方面跟主要的设备方面的造型之后，还必须严格地对整个所涉及的流程进行反复的模拟性质的计算，判断整个设计的工艺流程是否比较的合理、所用的设备是否是最为恰当的，并要确定出整个工艺正常操作所需的条件，用来满足相关工艺的一系列的要求。
1.5 针对工程成本的一些估算
反渗透有关水处理工程技术方面的成本最为关键的因素就是它的投资所需费用跟整个过程里的操作所需费用。由于它所被应用的范围都是比较广泛的，进料的整个组成上面的差别比较大，所生产的产品所要求质量的也不尽相同，所采用的一些工艺技术跟操作设备也是比较有差异的，所以总的来说就很难有一个最为成熟的最为准确的标准型的方程式进行成本上的计算衡量。设计者就必须要根据所用的实际现实，进行合理的一些修正，使得所要的成本估算变得更加贴合实际，更加准确精细。
二、反渗透工程在计算机的辅助设计系统方面上的实现
反渗透工程计算机辅助设计系统（以下简称ROCADS）是面向工厂和设计院的反渗透工程设计和管理软件，能针对处理对象的特性、生产能力等指标实现反渗透膜元件及工艺流程的初步自动选定，在确定膜元件及工艺流程后，能进行模拟计算，给出系统模拟的运行状况，作为传统工程设计的补充，具体内容如下：
（1）根据反渗透工程所需要的一些设计，最好建立例如膜元件或者压力泵等等相关需要的设备的整个图形库。
（2） 需要通过收集国内外的反渗透膜生产厂家的膜元件，建立膜性能数据库。
（3） 以最小能耗费用和最小工程成本费用等为目标设计选优函数，建立半理论半经验模型，针对处理对象的特性、生产能力等指标实现反渗透膜元件及工艺流程的初步自动选定，并给出工程流程示意图。
（4）在确定膜元件及工艺流程后，能进行模拟计算，给出系统模拟的运行状况，指导设计。
（5）反渗透膜工程的日常运行管理，用来指导制定膜工程设备清洗、更换计划。
通常，用实体关系图来表示数据模型，数据流图来表示功能模型，状态转换图来表示行为模型，在ROCADS 中，由于实体之间的关系和系统状态较少，因此只采用数据流图来表示系统的功能模型，图1 为ROCADS 的数据流图。
对系统需求有了完整、准确、具体的理解之后，接下来的工作就是用软件正确地实现这些需求。为此，必须进行系统设计，其目的是设计出所要开发的软件的模型。系统设计划分为总体设计和详细设计两个阶段。总体设计的主要任务是：对系统分析产生的逻辑模型进行分析和功能分解，从而把系统划分为模块，并且设计出预定功能的模块功能，形成系统的软件结构图。详细设计阶段详细地设计每个模块，确定完成每个模块功能所需的算法和数据结构。
系统测试目的就是在系统投入生产性运行之前，尽可能多地发现软件中的错误，保证系统的可靠性。由于ROCADS 主要进行反渗透工程的设计，目前还没有用实际的工程和实验来测试，所以主要是应用国外的相关软件设计的工程来进行对比。Winflows-Reverse Osmosis PerformanceProgram 是由OSMONICS DESAL 公司提供的基于Windows 平台的针对DESALTM 反渗透膜的反渗透性能计算软件；ROSA-Reverse OsmosisSystem Analysis 是由Dow 公司提供的基于Windows 平台的针对FILMTECTM 反渗透膜的反渗透计算软件。图2 为ROCADS 对某一水质进行
反渗透处理的反渗透工程示意图，图3 为某反渗透工程的运行数据，表1 为ROCADS 与ROSA 的反渗透工程的运行数据比较。
结语
ROACDS 不仅有Winflows 和ROSA 的一些优点，如操作简便易学，功能强大，提供各种数据，而且具有自己的特点：1）Winflows 采用的膜元件是DESALTM 反渗透膜元件，ROSA 采用的是FILMTECTM 反渗透膜，ROCADS 抽取反渗透膜的共性，建立其性能数据库及相关模型，可以采用任意膜生产厂家生产的反渗透膜元件进行工程设计和性能计算；2）ROCADS 提供开放式的数据接口，既允许采用默认的参数进行工程设计，也可让工程设计人员输入实际工程和设备的实验数据或修正参数，提高系统的适应性；3）ROCADS 增加了运行维护日志功能，通过日常运行数据的管理，可以判断出工程是否运行正常，并给出造成故障可能的原因，作为诊断依据；4）ROCADS 采用面向对象编程技术，为系统的扩展提供了良好的基础。
参考文献：
[1] 卢彦越,胡仰栋,徐冬梅,伍联营. 反渗透海水淡化系统的优化设计[J]. 水处理技术, 2005,(03) .
[2] 王大保. 反渗透系统设计及预处理工艺探讨[J]. 工业水处理, 1997,(04) .
[3] 裘迅. RO反渗透制水机组控制系统的设计[J]. 机械制造与自动化, 2003,(06) .
[4] 高隆绪,史磊. 小型两级反渗透水处理设备设计与运行点滴体会[J]. 净水技术, 2005,(04) .
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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