異丙醇廢水濃縮性能實驗研究

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）低溫蒸發廢水濃縮處理裝置為大學生創新訓練平臺，以解決化工行業低濃度異丙醇回收難題和降低廢水處理量為出發點，開展低濃度異丙醇廢水濃縮性能實驗。實驗結果表明，單位時間濃縮量隨空氣質量流量增加而減少，隨廢水質量流量增加以及廢水入口溫度增加而增加;傳質系數隨空氣質量流量、廢水質量流量以及廢水入口溫度增加而增加。

關鍵詞：創新訓練項目;低溫蒸發濃縮;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

在化工產品生產過程中，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]。以金屬絲網波紋規整填料為蒸發器芯體、以低溫表面蒸發技術為依據、以空氣為萃取劑的HP低溫蒸發廢水濃縮處理裝置以熱泵作為系統的驅動熱源和異丙醇回收冷源，能源利用率高[3-4]，且填料蒸發器的使用還可以免受進水水質的影響在實現對異丙醇的再次蒸發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生產成本，具有重要研究意義。

一、實驗系統及測試方案

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、空氣系統、低溫填料蒸發器、熱泵系統以及數據測量與采集系統：（1）廢水系統用于調節進入低溫填料蒸發器的廢水參數，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器，經過低溫填料蒸發器后，被濃縮的廢水回流至廢水槽，反復多次實現異丙醇回收與廢水濃縮。（2）空氣系統用于調節進入低溫填料蒸發器的空氣參數，其主要包括變頻風機、翅片換熱器、凝結水回收箱等。變頻風機可以調節進入低溫填料蒸發器循環風量，翅片換熱器可以調節空氣進入低溫填料蒸發器溫濕度。（3）低溫填料蒸發器采用逆流填料塔結構，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型金屬絲網波紋規整填料，低溫填料蒸發器外部采用10mm厚聚氨酯泡沫進行隔熱處理。（4）熱泵系統用于為廢水系統提供加熱熱量，為空氣系統提供冷卻冷量，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，從而調節空氣系統溫濕度。（5）數據測量與采集系統包括低溫填料蒸發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，上述所有參數通過數據采集儀進行采集、通過電腦行存儲。

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二、實驗結果分析

（一）空氣質量流量變化對濃縮性能影響

隨著空氣質量流量增加，單位空氣吸濕能力不變，但低溫填料蒸發器液膜表面水分蒸發速率有限，單位空氣吸濕率下降，單位時間濃縮量降低;而隨著空氣質量流量的增加，空氣在低溫填料蒸發器內停留時間縮短，空氣側平均傳質驅動勢降低，氣液間傳質驅動勢差增加，傳質能力增加，傳質系數增加。

（二）廢水質量流量變化對濃縮性能影響

隨著廢水質量流量增加，填料蒸發器表面潤濕率增加，而廢水流動雷諾數亦增加，液膜擾動增加，傳質面積進一步增加，單位時間濃縮量增加;而隨著廢水質量流量增加，廢水在低溫填料蒸發器內部停留時間縮短，在低溫填料蒸發器內部平均溫度增加，廢水側平均傳質驅動勢增加，氣液間傳質驅動勢差增加，傳質能力增加，傳質系數增加。

（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，單位廢水表面傳質驅動勢增加，單位時間濃縮量增加;而隨著廢水入口溫度的增加，廢水側平均傳質驅動勢增加，傳質驅動勢差增加，傳質能力增加，傳質系數增加。綜上，單位時間濃縮量隨空氣質量流量增加而減少，隨廢水質量流量增加以及廢水入口溫度增加而增加;傳質系數隨空氣質量流量、廢水質量流量以及廢水入口溫度增加而增加。

三、結論

本文利用已有HP低溫蒸發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，實現了工程應用與大學生創新思維培養的有效結合，即可幫助學生在創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學生創新意識。

參考文獻：

[1]汪寶和，巨娜.異丙醇-水分離技術研究新進展[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.熱泵驅動低溫蒸發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.熱泵驅動小型廢液濃縮處理裝置研制[J].實驗技術與管理，2018，35（5）：98-101.