气液接触蒸发高盐废水试验研究与能耗分析

单位体积水分蒸发的能耗量。

其中单位体积水分蒸发电能能耗量计算公式可用式（1）表示：

式中：W0—在Δt时间内蒸发单位蒸馏水所消耗的外界电能（J/g）;P—功率（W）;ΔV—在单位时间内高盐水蒸发体积（L）。

2    实验结果与分析

2.1  循环流量对系统蒸发效率的影响

实验在平均室温33.5 ℃，平均环境湿度为64.2%的条件下进行，配置质量浓度为30 g/L的NaCl溶液预热至40 ℃，设置不同的循环流量，测定NaCl溶液的蒸发量，探究循环流量对系统蒸发量的影响。

实验结果如图2所示，随着流量的增大，蒸发量逐渐增大，实验范围内最大蒸发量是在循环流量为2 500 L/h时，蒸发量为17 L/h。1 800～2 000 L/h流量范围增速最大，当流量超过2 000 L/h时，增速放缓且趋向于零增速，当增大到一定值时开始下降。在系统运行过程中，水会在气液接触填料间形成水膜，增大热量和质交换面积，在回流空气的作用下，快速穿过水膜，在水膜破裂与形成的循环过程中，促进蒸发。当流量较小时，形成的水膜厚度较薄，容易被回流空气吹散，随着流量的增大，形成的水膜越成熟，传热传质更充分，但当流量过大时，水膜厚度过厚，传热热阻增加，无法进行充分的热量和质的交换，因此，蒸发量逐渐减少。

2.2  高盐水初始温度对系统蒸发效率的影响

实验在平均室温33.5 ℃，平均环境湿度为64.2%的条件下进行，配置浓度为30 g/L的NaCl溶液预热至不同的初始水温，调节进水阀设置循环流量为1 400 L/h，测定不同的初始水温条件下NaCl溶液的蒸发量，探究初始水温对系统蒸发效率的影响。

实验结果如图3所示，可以得出：蒸发量随着温度的升高而不断增加，本组实验最大值是当温度为45 ℃时，蒸发量为18.2 L/h。水分蒸发的过程是水分子发生相变和进行热交换的过程，热量的传递交换需要不断地消耗和补充热量，本系统利用的是低品质热能，热消耗速度快，因此，热量补充越充分就越能够促进蒸发，所以当温度不断升高时，蒸发量也随之不断增加。

2.3  气液接触蒸发高盐废水浓缩技术能耗分析

从表1实测数据可知，该气液接触蒸发高盐废水浓缩技术中初始水温越高，蒸发速率越快;随着温度的升高，对应的单位体积蒸发水量电能耗量降低。当NaCl溶液质量浓度为30 g/L，水温为45 ℃时，单位体积蒸发水量电能耗量为123 230.77 J，吨能电耗量约为34.23 kW·h.该技术应用到低温多效蒸发技术中进行大试，吨水电能耗量低至15 kW·h，相较于常用的蒸汽机械压缩技术（MVR）（吨水电能耗量46.84 kW·h）[4]，气液接触蒸发技术的蒸发效率提高了约3倍，且低温多效蒸发技术多是利用70～50 ℃的低品热蒸汽，而本实验最高利用蒸汽温度是45 ℃，蒸汽温度越高其能耗越低，因此，将该技术应用到实际工程中，能耗将更低。

3    结语

实验表明气液接触蒸发浓缩实验过程中：随着流量的增大，蒸发量逐渐增大，实验范围内最大蒸发量是在循环流量为2 500 L/h时，蒸发量为17 L/h。1 800～2 000 L/h流量范围增速最大，当流量超过2 000 L/h，增速放缓且趋向于零增速，当增大到一定值时开始下降;蒸发量随着温度的升高而不断地增加，本组实验最大值是当温度为45 ℃时，值为18.2 L/h。

实验表明当初始水温为45 ℃时，气液接触蒸发浓缩高盐废水技术是其他蒸发技术效率的3倍，应用到现场大试中其吨能电耗量低至15 kW·h，并且蒸汽温度越高其能耗越低，若将初始水温提高到50～70 ℃，应用到实际工程中，能耗将更低。

4    结语

气液接触传质传热技术，在暖通空调领域应用广泛，常用于开式循环冷却塔，气液接触传热降低了热损耗，极大地降低了能耗成本。在工业企业或者其他外来热源不足或供能较低的情况下，利用气液直接接触传质和传热，对废水循环浓缩，可以联合采用多级多效的方式，也是尽量利用蒸汽余热，可对废水中盐分进行回收，实现零排放，降低能量损耗的措施。对设备进行市场推广应用，对设备进行全面的电气自动化和机械加工实体设计，研发适用于不同气候地区（例如太阳能技术的联用）或不同工业企业的工艺设备。

[参考文献]

[1]毛彦霞.机械蒸汽再压缩技术处理含盐废水试验研究[D].重庆：重庆交通大学，2014.

[2]HU P F，CUI X B，YANG Z C.Study on a direct contact heat transfer reboiler in the distillation of heat-sensitive materials[J].Chemical Industry and Engineering Progress，2002（21）：158-161.

[3]王少雄.气液接触蒸发处理高盐废水的研究[D].邯郸：河北工程大学，2015.

[4]俞性佑，章世鑫.多效蒸发制盐与热泵法（蒸汽机械压缩）制盐中蒸发能耗的分析与比较[J].中国井矿盐，1993（6）：18-21.

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