异丙醇废水浓缩性能实验研究

张良 张慧晨 汪书闻 王传伟 汪泽林

摘要：文章以已有的HP（Heat Pump）低温蒸发废水浓缩处理装置为大学生创新训练平台，以解决化工行业低浓度异丙醇回收难题和降低废水处理量为出发点，开展低浓度异丙醇废水浓缩性能实验。实验结果表明，单位时间浓缩量随空气质量流量增加而减少，随废水质量流量增加以及废水入口温度增加而增加;传质系数随空气质量流量、废水质量流量以及废水入口温度增加而增加。

关键词：创新训练项目;低温蒸发浓缩;异丙醇;浓缩性能;热泵

中图分类号：G642.423     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）49-0273-02

在化工产品生产过程中，有机溶剂异丙醇被大量使用，而从含异丙醇废水中回收异丙醇，可达到降低原料消耗和废水处理的目的[1，2]。以金属丝网波纹规整填料为蒸发器芯体、以低温表面蒸发技术为依据、以空气为萃取剂的HP低温蒸发废水浓缩处理装置以热泵作为系统的驱动热源和异丙醇回收冷源，能源利用率高[3-4]，且填料蒸发器的使用还可以免受进水水质的影响在实现对异丙醇的再次蒸发回收同时可以降低进入废水处理厂处理量，从而进一步降低企业生产成本，具有重要研究意义。

一、实验系统及测试方案

图1所示为热泵型废水浓缩处理装置。该装置由5部分组成，废水系统、空气系统、低温填料蒸发器、热泵系统以及数据测量与采集系统：（1）废水系统用于调节进入低温填料蒸发器的废水参数，其主要包括废水槽、废水泵、板式换热器、阀门等组成。废水从废水槽中流出，通过板式换热器进行加热，获得需要温度后进入低温填料蒸发器，经过低温填料蒸发器后，被浓缩的废水回流至废水槽，反复多次实现异丙醇回收与废水浓缩。（2）空气系统用于调节进入低温填料蒸发器的空气参数，其主要包括变频风机、翅片换热器、凝结水回收箱等。变频风机可以调节进入低温填料蒸发器循环风量，翅片换热器可以调节空气进入低温填料蒸发器温湿度。（3）低温填料蒸发器采用逆流填料塔结构，空气从底部进入，废水从顶部进入，通过布液器使填料上方的溶液均匀散布。本实验采用CELdek550型金属丝网波纹规整填料，低温填料蒸发器外部采用10mm厚聚氨酯泡沫进行隔热处理。（4）热泵系统用于为废水系统提供加热热量，为空气系统提供冷却冷量，其主要包括制冷压缩机、板式换热器、风冷辅助换热器、翅片换热器、高低压压力控制器以及节流阀等。高低压压力控制器可以控制翅片换热器温度，从而调节空气系统温湿度。（5）数据测量与采集系统包括低温填料蒸发器进出口空气的温湿度、空气流量、废水流量及废水温度。空气温湿度采用温湿度变送器测量，空气流量采用智能壓力风速测量仪和皮托管组成，废水流量采用浮子流量计进行测量，废水温度采用PT100铂电阻测量。除废水流量外，上述所有参数通过数据采集仪进行采集、通过电脑行存储。

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二、实验结果分析

（一）空气质量流量变化对浓缩性能影响

随着空气质量流量增加，单位空气吸湿能力不变，但低温填料蒸发器液膜表面水分蒸发速率有限，单位空气吸湿率下降，单位时间浓缩量降低;而随着空气质量流量的增加，空气在低温填料蒸发器内停留时间缩短，空气侧平均传质驱动势降低，气液间传质驱动势差增加，传质能力增加，传质系数增加。

（二）废水质量流量变化对浓缩性能影响

随着废水质量流量增加，填料蒸发器表面润湿率增加，而废水流动雷诺数亦增加，液膜扰动增加，传质面积进一步增加，单位时间浓缩量增加;而随着废水质量流量增加，废水在低温填料蒸发器内部停留时间缩短，在低温填料蒸发器内部平均温度增加，废水侧平均传质驱动势增加，气液间传质驱动势差增加，传质能力增加，传质系数增加。

（三）废水入口温度变化对浓缩性能影响

随着废水入口温度增加，单位废水表面传质驱动势增加，单位时间浓缩量增加;而随着废水入口温度的增加，废水侧平均传质驱动势增加，传质驱动势差增加，传质能力增加，传质系数增加。综上，单位时间浓缩量随空气质量流量增加而减少，随废水质量流量增加以及废水入口温度增加而增加;传质系数随空气质量流量、废水质量流量以及废水入口温度增加而增加。

三、结论

本文利用已有HP低温蒸发废水浓缩处理装置对含低浓度异丙醇废水浓缩性能进行测试与分析，实现了工程应用与大学生创新思维培养的有效结合，即可帮助学生在创新意识不足时树立正确的认识，又可以在参与科学研究过程中挖掘学生创新意识。

参考文献：

[1]汪宝和，巨娜.异丙醇-水分离技术研究新进展[J].化学研究，2007，18（2）：103-106.

[2]郭和刚，付超，宋航，等.间歇恒沸精馏法分离异丙醇水溶液的过程研究[J].天然气化工，2005，30（2）：6-10.

[3]周先锋，柳建华，张良，等.热泵驱动低温蒸发废液处理装置性能研究[J].热能动力工程，2017，32（5）：32-36.

[4]张慧晨，柳建华，徐小进，等.热泵驱动小型废液浓缩处理装置研制[J].实验技术与管理，2018，35（5）：98-101.