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        異丙醇廢水濃縮性能實(shí)驗(yàn)研究

        2019-01-17 01:59:36張良張慧晨汪書聞王傳偉汪澤林
        教育教學(xué)論壇 2019年49期
        關(guān)鍵詞:異丙醇熱泵

        張良 張慧晨 汪書聞 王傳偉 汪澤林

        摘要:文章以已有的HP(Heat Pump)低溫蒸發(fā)廢水濃縮處理裝置為大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練平臺(tái),以解決化工行業(yè)低濃度異丙醇回收難題和降低廢水處理量為出發(fā)點(diǎn),開展低濃度異丙醇廢水濃縮性能實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,單位時(shí)間濃縮量隨空氣質(zhì)量流量增加而減少,隨廢水質(zhì)量流量增加以及廢水入口溫度增加而增加;傳質(zhì)系數(shù)隨空氣質(zhì)量流量、廢水質(zhì)量流量以及廢水入口溫度增加而增加。

        關(guān)鍵詞:創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目;低溫蒸發(fā)濃縮;異丙醇;濃縮性能;熱泵

        中圖分類號:G642.423? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A? ? ?文章編號:1674-9324(2019)49-0273-02

        在化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中,有機(jī)溶劑異丙醇被大量使用,而從含異丙醇廢水中回收異丙醇,可達(dá)到降低原料消耗和廢水處理的目的[1,2]。以金屬絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料為蒸發(fā)器芯體、以低溫表面蒸發(fā)技術(shù)為依據(jù)、以空氣為萃取劑的HP低溫蒸發(fā)廢水濃縮處理裝置以熱泵作為系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)熱源和異丙醇回收冷源,能源利用率高[3-4],且填料蒸發(fā)器的使用還可以免受進(jìn)水水質(zhì)的影響在實(shí)現(xiàn)對異丙醇的再次蒸發(fā)回收同時(shí)可以降低進(jìn)入廢水處理廠處理量,從而進(jìn)一步降低企業(yè)生產(chǎn)成本,具有重要研究意義。

        一、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及測試方案

        圖1所示為熱泵型廢水濃縮處理裝置。該裝置由5部分組成,廢水系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、低溫填料蒸發(fā)器、熱泵系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)測量與采集系統(tǒng):(1)廢水系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)進(jìn)入低溫填料蒸發(fā)器的廢水參數(shù),其主要包括廢水槽、廢水泵、板式換熱器、閥門等組成。廢水從廢水槽中流出,通過板式換熱器進(jìn)行加熱,獲得需要溫度后進(jìn)入低溫填料蒸發(fā)器,經(jīng)過低溫填料蒸發(fā)器后,被濃縮的廢水回流至廢水槽,反復(fù)多次實(shí)現(xiàn)異丙醇回收與廢水濃縮。(2)空氣系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)進(jìn)入低溫填料蒸發(fā)器的空氣參數(shù),其主要包括變頻風(fēng)機(jī)、翅片換熱器、凝結(jié)水回收箱等。變頻風(fēng)機(jī)可以調(diào)節(jié)進(jìn)入低溫填料蒸發(fā)器循環(huán)風(fēng)量,翅片換熱器可以調(diào)節(jié)空氣進(jìn)入低溫填料蒸發(fā)器溫濕度。(3)低溫填料蒸發(fā)器采用逆流填料塔結(jié)構(gòu),空氣從底部進(jìn)入,廢水從頂部進(jìn)入,通過布液器使填料上方的溶液均勻散布。本實(shí)驗(yàn)采用CELdek550型金屬絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料,低溫填料蒸發(fā)器外部采用10mm厚聚氨酯泡沫進(jìn)行隔熱處理。(4)熱泵系統(tǒng)用于為廢水系統(tǒng)提供加熱熱量,為空氣系統(tǒng)提供冷卻冷量,其主要包括制冷壓縮機(jī)、板式換熱器、風(fēng)冷輔助換熱器、翅片換熱器、高低壓壓力控制器以及節(jié)流閥等。高低壓壓力控制器可以控制翅片換熱器溫度,從而調(diào)節(jié)空氣系統(tǒng)溫濕度。(5)數(shù)據(jù)測量與采集系統(tǒng)包括低溫填料蒸發(fā)器進(jìn)出口空氣的溫濕度、空氣流量、廢水流量及廢水溫度??諝鉁貪穸炔捎脺貪穸茸兯推鳒y量,空氣流量采用智能壓力風(fēng)速測量儀和皮托管組成,廢水流量采用浮子流量計(jì)進(jìn)行測量,廢水溫度采用PT100鉑電阻測量。除廢水流量外,上述所有參數(shù)通過數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行采集、通過電腦行存儲(chǔ)。

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        二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

        (一)空氣質(zhì)量流量變化對濃縮性能影響

        隨著空氣質(zhì)量流量增加,單位空氣吸濕能力不變,但低溫填料蒸發(fā)器液膜表面水分蒸發(fā)速率有限,單位空氣吸濕率下降,單位時(shí)間濃縮量降低;而隨著空氣質(zhì)量流量的增加,空氣在低溫填料蒸發(fā)器內(nèi)停留時(shí)間縮短,空氣側(cè)平均傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)勢降低,氣液間傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)勢差增加,傳質(zhì)能力增加,傳質(zhì)系數(shù)增加。

        (二)廢水質(zhì)量流量變化對濃縮性能影響

        隨著廢水質(zhì)量流量增加,填料蒸發(fā)器表面潤濕率增加,而廢水流動(dòng)雷諾數(shù)亦增加,液膜擾動(dòng)增加,傳質(zhì)面積進(jìn)一步增加,單位時(shí)間濃縮量增加;而隨著廢水質(zhì)量流量增加,廢水在低溫填料蒸發(fā)器內(nèi)部停留時(shí)間縮短,在低溫填料蒸發(fā)器內(nèi)部平均溫度增加,廢水側(cè)平均傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)勢增加,氣液間傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)勢差增加,傳質(zhì)能力增加,傳質(zhì)系數(shù)增加。

        (三)廢水入口溫度變化對濃縮性能影響

        隨著廢水入口溫度增加,單位廢水表面?zhèn)髻|(zhì)驅(qū)動(dòng)勢增加,單位時(shí)間濃縮量增加;而隨著廢水入口溫度的增加,廢水側(cè)平均傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)勢增加,傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)勢差增加,傳質(zhì)能力增加,傳質(zhì)系數(shù)增加。綜上,單位時(shí)間濃縮量隨空氣質(zhì)量流量增加而減少,隨廢水質(zhì)量流量增加以及廢水入口溫度增加而增加;傳質(zhì)系數(shù)隨空氣質(zhì)量流量、廢水質(zhì)量流量以及廢水入口溫度增加而增加。

        三、結(jié)論

        本文利用已有HP低溫蒸發(fā)廢水濃縮處理裝置對含低濃度異丙醇廢水濃縮性能進(jìn)行測試與分析,實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用與大學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)的有效結(jié)合,即可幫助學(xué)生在創(chuàng)新意識不足時(shí)樹立正確的認(rèn)識,又可以在參與科學(xué)研究過程中挖掘?qū)W生創(chuàng)新意識。

        參考文獻(xiàn):

        [1]汪寶和,巨娜.異丙醇-水分離技術(shù)研究新進(jìn)展[J].化學(xué)研究,2007,18(2):103-106.

        [2]郭和剛,付超,宋航,等.間歇恒沸精餾法分離異丙醇水溶液的過程研究[J].天然氣化工,2005,30(2):6-10.

        [3]周先鋒,柳建華,張良,等.熱泵驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)廢液處理裝置性能研究[J].熱能動(dòng)力工程,2017,32(5):32-36.

        [4]張慧晨,柳建華,徐小進(jìn),等.熱泵驅(qū)動(dòng)小型廢液濃縮處理裝置研制[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2018,35(5):98-101.

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