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生創(chuàng)新訓練平臺，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，開展低濃度異丙醇廢水濃縮性能實驗。實驗結(jié)果表明，單位時間濃縮量隨空氣質(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)新訓練項目;低溫蒸發(fā)濃縮;異丙醇;濃縮性能;熱泵

中圖分類號：G642.423? ? ?文獻標志碼：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水水質(zhì)的影響在實現(xiàn)對異丙醇的再次蒸發(fā)回收同時可以降低進入廢水處理廠處理量，從而進一步降低企業(yè)生產(chǎn)成本，具有重要研究意義。

一、實驗系統(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，通過板式換熱器進行加熱，獲得需要溫度后進入低溫填料蒸發(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，反復多次實現(xiàn)異丙醇回收與廢水濃縮。（2）空氣系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)進入低溫填料蒸發(fā)器的空氣參數(shù)，其主要包括變頻風機、翅片換熱器、凝結(jié)水回收箱等。變頻風機可以調(diào)節(jié)進入低溫填料蒸發(fā)器循環(huán)風量，翅片換熱器可以調(diào)節(jié)空氣進入低溫填料蒸發(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)，空氣從底部進入，廢水從頂部進入，通過布液器使填料上方的溶液均勻散布。本實驗采用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、板式換熱器、風冷輔助換熱器、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速測量儀和皮托管組成，廢水流量采用浮子流量計進行測量，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)采集儀進行采集、通過電腦行存儲。

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二、實驗結(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)停留時間縮短，空氣側(cè)平均傳質(zhì)驅(qū)動勢降低，氣液間傳質(zhì)驅(qū)動勢差增加，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，而廢水流動雷諾數(shù)亦增加，液膜擾動增加，傳質(zhì)面積進一步增加，單位時間濃縮量增加;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)動勢增加，氣液間傳質(zhì)驅(qū)動勢差增加，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)動勢增加，單位時間濃縮量增加;而隨著廢水入口溫度的增加，廢水側(cè)平均傳質(zhì)驅(qū)動勢增加，傳質(zhì)驅(qū)動勢差增加，傳質(zhì)能力增加，傳質(zhì)系數(shù)增加。綜上，單位時間濃縮量隨空氣質(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行測試與分析，實現(xiàn)了工程應用與大學生創(chuàng)新思維培養(yǎng)的有效結(jié)合，即可幫助學生在創(chuàng)新意識不足時樹立正確的認識，又可以在參與科學研究過程中挖掘?qū)W生創(chuàng)新意識。

參考文獻：

[1]汪寶和，巨娜.異丙醇-水分離技術(shù)研究新進展[J].化學研究，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)動低溫蒸發(fā)廢液處理裝置性能研究[J].熱能動力工程，2017，32（5）：32-36.

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