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)：

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[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.