太陽能對食品工業廢水的作用研究

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高科技傳熱元件采用的是一種最新的高效無機熱管,它與一般熱管在傳熱原理與效果上均不相同,可在極短時間內達到蒸發溫度并保持等溫傳熱。采用高效無機熱管組成能量回收裝置,是實現能量高回收率與高產水率的有效途徑。經過沉淀、過濾后的食品廢水利用太陽能加熱管組串連加熱法進行加熱,使廢水溫度相對穩定,以提高產水率。太陽能加熱管組結構示意見圖1。經過沉淀、過濾的食品廢水(5~30℃)→一段加熱(40℃)→二段加熱(60℃)→三段加熱(70℃)→四段加熱(75~85℃)。經過4段梯度加熱可以提高加熱效率,較短的時間內得到更多熱源,提供更多熱水。

降膜多效蒸發器的主要組成部分包括帶有除沫裝置的蒸發分離室,由多根豎管組成的降膜部分,由多根豎管、管殼組成的冷凝器,循環水泵,真空系統等。一般選用316L或3041Cr18Ni19Ti等不銹鋼材質的二效、三效、四效蒸發器居多,進行連續化生產。

蒸發分離室是該裝置最主要的部分,它是一個圓形的箱體(=750mm,h=1800mm),由4mm厚的SUS304不銹鋼板構成。蒸發室底部帶有捕沫裝置,蒸發分離室上部帶有真空表、溫度表、傳感器及放真空閥等部件。裝置最外層用50mm厚的聚氨泡沫隔熱。降膜室由3.5mm厚的SUS304不銹鋼板構成(h=8000mm,=800mm),內部包含=45mm的豎管55根。降膜列管分布如圖3所示。兩相鄰孔中心之間的距離稱為孔心距,孔心距越小,則集熱面上的小孔就越多,有效集熱面就減少,影響傳熱效率,本文的孔心距為58mm。小孔的排列方式有正三角形排列和同心圓排列,對非均勻開孔采用同心圓排列比較方便,對均勻開孔采用三角形排列。本文中小孔采用正三角形排列。冷凝器由外徑650mm、厚3mm的SUS304不銹鋼板構成,為了減少氣流的阻力,采用風冷與水冷相結合的方式,用于冷卻進入冷凝器的蒸汽,產生冷凝淡水。本設計采用列管形式冷凝管,冷凝器結構見圖4。冷卻水使用預處理過的食品廢水,蒸汽走管外,食品廢水走管內。由于二次蒸汽的溫度很高,而食品廢水的溫度一般在10~25℃左右,因此,先將食品廢水與二次蒸汽通過冷凝管換熱,使蒸汽凝結為淡水,再將預熱過、預處理過的食品廢水引入到太陽能加熱器加熱蒸發,此過程回收了蒸汽凝結時放出的大量熱量。循環泵額定功率為2.2kW,揚程30m。真空泵采用2BV5121型,額定功率7.5kW,最大氣量280m3/h。降膜蒸發是由較低的驅動溫度或熱流量引起的表面蒸發過程。在降膜蒸發的過程中,由于液體在加熱表面分布成膜狀形式,所以沒有液體靜壓和過熱區的影響,這可降低引起蒸發的溫度。

由太陽能集熱器加熱的熱水由多效降膜系統進口進入裝置,由降膜部分進入分離蒸發室,由分離蒸發室分離出的蒸汽經冷凝器冷凝,產生淡水。啟動真空泵,當真空度達到要求,穩定在0.09MPa時,開始進料。廢水進料溫度80℃左右。

該裝置性能比較穩定,價格低,安裝方便,產水效率高。由于采用了激淋式豎管降膜蒸發、多效閃蒸與多效余熱回收、強化冷凝、強制對流等傳熱傳質措施,有效地減少了裝置中食品工業廢水的熱容量,使裝置升溫迅速,有利于強化前面各級蒸發器的蒸發與冷凝過程,從而提高整個系統的熱質傳遞效率。（本文作者：付榮霞、楊樹成、樊秀花 單位：天津農學院食品科學系）