太陽能對(duì)食品工業(yè)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(jī)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(shí)間內(nèi)達(dá)到蒸發(fā)溫度并保持等溫傳熱。采用高效無機(jī)熱管組成能量回收裝置,是實(shí)現(xiàn)能量高回收率與高產(chǎn)水率的有效途徑。經(jīng)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(jìn)行加熱,使廢水溫度相對(duì)穩(wěn)定,以提高產(chǎn)水率。太陽能加熱管組結(jié)構(gòu)示意見圖1。經(jīng)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(jīng)過4段梯度加熱可以提高加熱效率,較短的時(shí)間內(nèi)得到更多熱源,提供更多熱水。

降膜多效蒸發(fā)器的主要組成部分包括帶有除沫裝置的蒸發(fā)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(huán)水泵,真空系統(tǒng)等。一般選用316L或3041Cr18Ni19Ti等不銹鋼材質(zhì)的二效、三效、四效蒸發(fā)器居多,進(jìn)行連續(xù)化生產(chǎn)。

蒸發(fā)分離室是該裝置最主要的部分,它是一個(gè)圓形的箱體(=750mm,h=1800mm),由4mm厚的SUS304不銹鋼板構(gòu)成。蒸發(fā)室底部帶有捕沫裝置,蒸發(fā)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(gòu)成(h=8000mm,=800mm),內(nèi)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(duì)非均勻開孔采用同心圓排列比較方便,對(duì)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(gòu)成,為了減少氣流的阻力,采用風(fēng)冷與水冷相結(jié)合的方式,用于冷卻進(jìn)入冷凝器的蒸汽,產(chǎn)生冷凝淡水。本設(shè)計(jì)采用列管形式冷凝管,冷凝器結(jié)構(gòu)見圖4。冷卻水使用預(yù)處理過的食品廢水,蒸汽走管外,食品廢水走管內(nèi)。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(jié)為淡水,再將預(yù)熱過、預(yù)處理過的食品廢水引入到太陽能加熱器加熱蒸發(fā),此過程回收了蒸汽凝結(jié)時(shí)放出的大量熱量。循環(huán)泵額定功率為2.2kW,揚(yáng)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(fā)是由較低的驅(qū)動(dòng)溫度或熱流量引起的表面蒸發(fā)過程。在降膜蒸發(fā)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(qū)的影響,這可降低引起蒸發(fā)的溫度。

由太陽能集熱器加熱的熱水由多效降膜系統(tǒng)進(jìn)口進(jìn)入裝置,由降膜部分進(jìn)入分離蒸發(fā)室,由分離蒸發(fā)室分離出的蒸汽經(jīng)冷凝器冷凝,產(chǎn)生淡水。啟動(dòng)真空泵,當(dāng)真空度達(dá)到要求,穩(wěn)定在0.09MPa時(shí),開始進(jìn)料。廢水進(jìn)料溫度80℃左右。

該裝置性能比較穩(wěn)定,價(jià)格低,安裝方便,產(chǎn)水效率高。由于采用了激淋式豎管降膜蒸發(fā)、多效閃蒸與多效余熱回收、強(qiáng)化冷凝、強(qiáng)制對(duì)流等傳熱傳質(zhì)措施,有效地減少了裝置中食品工業(yè)廢水的熱容量,使裝置升溫迅速,有利于強(qiáng)化前面各級(jí)蒸發(fā)器的蒸發(fā)與冷凝過程,從而提高整個(gè)系統(tǒng)的熱質(zhì)傳遞效率。（本文作者：付榮霞、楊樹成、樊秀花 單位：天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)系）