太阳能对食品工业废水的作用研究

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高科技传热元件采用的是一种最新的高效无机热管,它与一般热管在传热原理与效果上均不相同,可在极短时间内达到蒸发温度并保持等温传热。采用高效无机热管组成能量回收装置,是实现能量高回收率与高产水率的有效途径。经过沉淀、过滤后的食品废水利用太阳能加热管组串连加热法进行加热,使废水温度相对稳定,以提高产水率。太阳能加热管组结构示意见图1。经过沉淀、过滤的食品废水(5~30℃)→一段加热(40℃)→二段加热(60℃)→三段加热(70℃)→四段加热(75~85℃)。经过4段梯度加热可以提高加热效率,较短的时间内得到更多热源,提供更多热水。

降膜多效蒸发器的主要组成部分包括带有除沫装置的蒸发分离室,由多根竖管组成的降膜部分,由多根竖管、管壳组成的冷凝器,循环水泵,真空系统等。一般选用316L或3041Cr18Ni19Ti等不锈钢材质的二效、三效、四效蒸发器居多,进行连续化生产。

蒸发分离室是该装置最主要的部分,它是一个圆形的箱体(=750mm,h=1800mm),由4mm厚的SUS304不锈钢板构成。蒸发室底部带有捕沫装置,蒸发分离室上部带有真空表、温度表、传感器及放真空阀等部件。装置最外层用50mm厚的聚氨泡沫隔热。降膜室由3.5mm厚的SUS304不锈钢板构成(h=8000mm,=800mm),内部包含=45mm的竖管55根。降膜列管分布如图3所示。两相邻孔中心之间的距离称为孔心距,孔心距越小,则集热面上的小孔就越多,有效集热面就减少,影响传热效率,本文的孔心距为58mm。小孔的排列方式有正三角形排列和同心圆排列,对非均匀开孔采用同心圆排列比较方便,对均匀开孔采用三角形排列。本文中小孔采用正三角形排列。冷凝器由外径650mm、厚3mm的SUS304不锈钢板构成,为了减少气流的阻力,采用风冷与水冷相结合的方式,用于冷却进入冷凝器的蒸汽,产生冷凝淡水。本设计采用列管形式冷凝管,冷凝器结构见图4。冷却水使用预处理过的食品废水,蒸汽走管外,食品废水走管内。由于二次蒸汽的温度很高,而食品废水的温度一般在10~25℃左右,因此,先将食品废水与二次蒸汽通过冷凝管换热,使蒸汽凝结为淡水,再将预热过、预处理过的食品废水引入到太阳能加热器加热蒸发,此过程回收了蒸汽凝结时放出的大量热量。循环泵额定功率为2.2kW,扬程30m。真空泵采用2BV5121型,额定功率7.5kW,最大气量280m3/h。降膜蒸发是由较低的驱动温度或热流量引起的表面蒸发过程。在降膜蒸发的过程中,由于液体在加热表面分布成膜状形式,所以没有液体静压和过热区的影响,这可降低引起蒸发的温度。

由太阳能集热器加热的热水由多效降膜系统进口进入装置,由降膜部分进入分离蒸发室,由分离蒸发室分离出的蒸汽经冷凝器冷凝,产生淡水。启动真空泵,当真空度达到要求,稳定在0.09MPa时,开始进料。废水进料温度80℃左右。

该装置性能比较稳定,价格低,安装方便,产水效率高。由于采用了激淋式竖管降膜蒸发、多效闪蒸与多效余热回收、强化冷凝、强制对流等传热传质措施,有效地减少了装置中食品工业废水的热容量,使装置升温迅速,有利于强化前面各级蒸发器的蒸发与冷凝过程,从而提高整个系统的热质传递效率。（本文作者：付荣霞、杨树成、樊秀花 单位：天津农学院食品科学系）