符 号

——蒸发水的质量，kg/h

ω——含湿量，kg/kg

e——蒸发能耗，kJ/kg

i——焓，J/kg

T——温度，K

ξ——质量浓度，kg/kg

下 标

当溶液质量浓度为0.1和0.2 时，随着溶液温度升高，其蒸发能耗也越高。液相为纯水时，其蒸发能耗变化不大，在溶液温度较高时，略有升高。这是因为随着溶液温度升高，溶液与空气之间的传热驱动力增加，虽然此时溶液的表面蒸汽压也增加，即传质驱动力也增加，但是传热量增加的幅度要大于传质量增加的幅度，传递过程所消耗的溶液热量更多的被传热部分所消耗，这在溶液浓度较高时更加明显，所以蒸发能耗增加。而同一溶液温度下，溶液浓度越高，蒸发能耗反而越低。这是因为溶液浓度增加时，其黏度增大，与空气的传热系数明显减小，传质部分所消耗热量占总传递过程消耗的溶液热量份额反而更多，所以溶液浓度增加，相应的蒸发能耗反而降低。

i——进口

a——空气

冯建宁是农民的儿子。早在2005年，他的父亲便承包了临汾市大宁县太古乡坦达村100余亩闲置土地种植核桃苗，并零散地种一些西瓜、玉米维持全家6口人的生计。

m——蒸发

喷雾塔的主要功能就是蒸发分离溶液中的水分和金属离子，为了获得不同运行参数下喷雾塔的分离性能，定义如下性能参数。

w——液相

1 前言

电镀是一种在镀件表面镀上一层金属或合金，使其获得某些特殊性能的技术。由于镀件功能要求各异，相应的镀种、镀液组分、操作方式及工艺条件也不尽相同，所以电镀废水中成分也极为复杂［1，2］。传统的电镀废水处理方法如化学沉淀法、生物法等存在容易产生二次污染物、反应慢以及效率低等问题［3］。电镀废水经过一定预处理之后，将变为主要含有铬、铜、镍、锌、镉等重金属离子的盐溶液，可由蒸发结晶法回收实现零排放处理，但传统的蒸发结晶法能耗较高。

热泵蒸发分离电镀废水处理系统喷雾塔试验台如图2所示，考虑到为后续系统改进提供参考，如把热泵冷凝器提供的一部分热量用于预热空气等，所以空气被预热的工况也被研究。

1.1.4 结局指标 不良反应总发生率，恶心、呕吐发生率，颜面潮红发生率，头痛、头晕发生率，心动过速发生率，低血压发生率。

  

图1 热泵电镀废水处理系统

喷雾技术应用广泛，相较于降膜、填料塔等传热传质形式，喷雾可以提供更大的传热传质面积［9］。陈磊等研究了喷雾蒸发技术对高浓度盐水深度处理的可行性，分别考察了喷嘴压力、加热空气温度及流量、浓盐水流量等因素对蒸发量和蒸发率的影响［10～12］。张粉艳等使用喷雾干燥法回收制备造纸废水中的木质素，并对工业化制备条件及影响因素进行了讨论［13］。苑宏英等利用喷雾法实现了污泥的深度脱水，并研究了污泥溶出和冷凝水中的磷酸盐、阴阳离子及重金属的变化［14，15］。由于热泵蒸发分离电镀废水处理系统由热泵提供低温热源，液相需要多次循环才能完成浓缩。溶液浓度作为一个重要参数，其高低在不同工况下对喷雾塔分离性能的影响还不明确。特别是在溶液浓度较高的情况下，其表面蒸汽压、比热、黏度将发生较大变化，进而影响整个系统的运行特性。本文将空气作为水蒸气载体，溶液本身为载热流体，搭建热泵蒸发分离电镀废水处理系统喷雾塔试验台，研究在不同浓度的溶液下，气相和液相运行参数对系统分离性能的影响。

2 试验设计

2.1 试验系统

增湿-去湿（HDH）技术作为一种蒸发分离法，最早应用在海水淡化领域。它是利用载热流体从热源吸热，这部分热量将在加湿器中用于水分的蒸发，同时载气流体，一般为空气，把蒸发的水分从加湿器中带走，然后进入减湿器中进行冷凝换热［4，5］。HDH系统灵活、设备投资和操作成本适中，并且可以很好地和低温热源相结合［6］，所以该技术在废水处理领域也有巨大的应用潜力［7］。图1所示为热泵蒸发分离电镀废水处理系统，该系统将HDH技术与热泵耦合，主要由溶液循环、空气循环和制冷循环组成［8］。溶液循环中，溶液首先进入回热器预热，热量由高温高湿的湿空气提供，再由热泵冷凝器加热后进入蒸发分离器中，此时温度较高的溶液与低温低湿的空气逆流直接接触后被降温浓缩。一部分浓缩液作为结晶液进入结晶罐冷却结晶，另一部分作为循环液与补充液混合后进入下次循环。在空气循环中，蒸发分离器中与溶液逆流之后的湿空气被加温加湿，然后进入空气干燥器中，首先用于预热溶液，之后与热泵蒸发器换热进一步降温减湿，最后再由冷却器降温减湿到接近环境温度。空气析出的水分从空气干燥器中排除进入储水罐回收利用。其中蒸发分离器为系统中气相与液相传热传质的场所，其性能直接决定了整个系统的处理能力。

（2）通过DEA模型对静态数据测算表明：2016年与2009年相比，创新效率的提升主要由规模效率拉动，纯技术效率并没有太大提高，有些地区还出现了下降，反映出纯技术效率不高是抑制我国各地区高技术产业发展的主要原因。

  

图2 喷雾塔试验台

该系统主要由水路、风路、塔体及各种测量仪表及阀门组成。水路包括储水箱、水泵、电加热器、喷嘴。风路包括风机、空气加热器。风机把环境温度、湿度下的空气送入空气加热器中，加热到一定温度的空气经由喷雾塔下方旋风口送入塔中。储液箱中的溶液经过溶液泵加压，再由电加热器加热到一定温度，最后通过一个实心锥压力喷嘴雾化后从塔上方喷入塔中与空气在塔中逆流进行传热传质。喷嘴孔径为1.5 mm，喷雾塔的内径为150 mm，高度为1000 mm。

2.2 测量装置及试验材料

试验中需要测量的各项参数及其测量仪表和精度如表1所示。需要说明的是，尽管在塔的上方装有除雾层，但是依然难免有一定量的小液滴会被空气裹挟带出塔外，特别是在空气流量较大时。所以在测量空气出口处的干球温度时，由于热电阻上有少量小液滴附着，空气干球温度的测量值会稍微偏小。空气湿球温度是通过一个PT100热电阻包裹湿润纱布测量。

光绪十一年(1885)三月二十一日，又有逃向库尔喀喇乌苏西湖一带的200余名回民中的数十骑逃向塔尔巴哈台，[注]中国第一历史档案馆编：《光绪朝朱批奏折》第113辑，中华书局，1996年，第367页。这将是在塔尔巴哈台活动的最后一批回民。锡纶派兵驻扎博罗塔拉，扼防塔尔巴哈台西南边境，同时，兼护伊犁所属察哈尔游牧，以期有备无患。[注]《清德宗实录》卷221，光绪十一年十二月戊辰条。十二月，塔尔巴哈台境内“贼匪擒斩殆尽”。[注]中国第一历史档案馆编：《光绪朝朱批奏折》第113辑，中华书局，1996年，第287页。

2.1.3 护肝剂缺五味子的阴性对照溶液的制备 按护肝剂的制备方法制得除五味子的护肝剂，取1 mL置于PE管中，水浴蒸干，其余操作同“2.1.1”项。

 

表1 测量参数及仪表

  

电镀废水中盐分对传热传质过程产生影响主要因为是随着盐分含量的增加，溶液的表面蒸汽压降低、比热容降低以及黏度增加。由于电镀废水成分复杂，直接使用电镀废水进行试验具有一定难度。而氯化钙溶液的各项物性参数容易获得，且其表面蒸汽压，比热容以及黏度的大幅度调节可以通过改变溶质浓度来实现。所以为了便于定量研究，本文选用氯化钙溶液为液相工质，其试验结果对电镀废水处理系统的研究具有一定参考意义。

2.3 试验工况

为了研究不同溶液浓度下入口溶液温度、空气流量和入口空气温度对喷雾塔分离性能的影响，需要对各个参数进行调节。入口溶液温度和入口空气温度的调节可以通过改变电加热器和空气加热器功率来实现。试验时阀门1处于关闭状态，阀门2和3处于开启状态，试验系统中水路为开式。阀门2上方连接水箱，水箱内为事先调配好的浓度一定的溶液，故溶液浓度的调节只需改变氯化钙溶质的添加量即可。改变风阀的开合度即可调节空气流量，为了避免风速过大造成液泛，试验中空气流量有一定限制。2.4 性能参数

o——出口

蒸发量为单位时间蒸发水分的质量，可由下式确定：

一是组织完成了长江流域重要水功能区划分工作。成果已列入国务院批复的《全国重要江河湖泊水功能区划（2011-2030）》。

 

蒸发效率定义为单位时间蒸发的水分与溶液流量的比值，可由下式确定：

 

蒸发能耗e定义为蒸发单位质量水分所消耗的能量，可由下式确定：

人力资源是企业内部一笔隐形的财富，如果能够充分利用，对企业的发展和经济效益的提升都会发挥出巨大的帮助。因此，企业应该有意识地为会计电算化部门引进综合性人才，让综合性人才来负责会计电子档案管理工作，在引进人才的时候不仅重视人才的会计知识能力，也要重视会计人员计算机专业知识能力，充分考虑企业自身的经营特点，定期对引进的人才进行再次培养，确保人才能够与时俱进，能够确保单一的“核算人才”朝着“智能人才”方向转变[1]。

 

3 试验结果与讨论

3.1 入口溶液温度的影响

如表2所示工况，入口溶液温度从50 ℃上升到70 ℃时，蒸发量的变化如图3所示。

 

表2 试验工况1

  

  

图3 蒸发量随入口溶液温度变化

随着入口溶液温度的升高，蒸发量几乎成线性增长，这是因为溶液温度越高，其表面蒸汽压也越高，传质驱动力变大，导致蒸发量变大。而同一溶液温度下，溶液浓度越高，其蒸发量越小，这种趋势随着溶液温度的增加愈发明显。这是因为随着溶液浓度的增大，其表面蒸汽压也越低，且溶液温度越高表面蒸汽压降低的幅度也越大。图4所示为蒸发效率随入口溶液温度增加的变化。其变化趋势与蒸发量变化趋势一致。根据蒸发量与蒸发效率的计算式，蒸发效率等于蒸发量与溶液流量的比值，而本文中试验是在定溶液流量的工况下进行的，所以两者变化的趋势相同。

  

图4 蒸发效率随入口溶液温度变化

图5所示为蒸发能耗随入口溶液温度变化的变化曲线。

从2007年3月开始，美国经济增速在5.25%的联邦基金利率下显现疲态，受次贷危机冲击，宏观周期开始掉头，但未对油价形成压倒性利空。同时，全球的原油实物需求高企不下，伊核问题和尼日利亚局势加剧，尽管OPEC原油总产量从3000万桶/日增加到3200万桶/日以上，仍然跟不上中国等新兴市场的需求增速，美国原油库存持续下降，库存周期占主导。

定理3 设Cφ是Βψ,0上的有界复合算子，则Cφ在Βψ,0上下有界当且仅当存在ε>0，使得Gε=φ(Ωε)是Bn上的一个样本集，其中

  

图5 蒸发能耗随入口溶液温度变化

0——环境

3.2 空气流量的影响

如表 3所示工况，随着空气流量增加，蒸发量如图 6所示也逐渐增加，其增长幅度逐渐减小。空气流速的增加，使得空气对液滴表面边界层的扰动加剧，边界层变薄，液滴表面浓度梯度变大，传热传质得到强化，而当空气流速增加到一定量时，因扰动而产生的强化效果不再明显，蒸发量的增加幅度也逐渐放缓。蒸发效率随空气流量的变化如图7所示，其与蒸发量的变化一致。

 

表3 试验工况2

  

  

图6 蒸发量随空气流量的变化

  

图7 蒸发效率随空气流量的变化

蒸发能耗的变化如图8所示，随着空气流量的增加，蒸发能耗先快速降低，降到某个值后又缓慢升高的趋势。这是因为如前文所述，空气流速增加，强化了传热传质过程，但传质过程的强化效果更明显，所以蒸发能耗先快速降低。而当空气流速增加到一定大小后，浓度梯度不再增大，传质强化的程度达到极限，相反继续增加空气流速，传热过程依然能得到小幅强化，显热传热的小幅增加使得蒸发能耗又小幅升高。可以预想的是，随着空气流量的增加，在没有发生液泛的情况下，蒸发能耗将随着空气流量的增加趋于某一定值。

  

图8 蒸发能耗随空气流量的变化

3.3 入口空气温度的影响

在表4所示工况下，在入口溶液温度为65 ℃时，如图9所示。

 

表4 试验工况3

  

  

图9 蒸发量随入口空气温度的变化

从图可见，随入口空气温度增加，蒸发量先略有增长，当空气温度增加到65 ℃时，蒸发量增速加快。这是因为随着空气温度的增加，在喷雾塔空气入口处发生了传热方向的逆转，由原本液滴向空气传热变为空气向液滴传热，液滴因为节省了部分显热传热热量，所以其平均温度升高，相应的其表面蒸汽压升高传质驱动力增加。但是由于空气的比热较小，当空气被预热的温度不高时，此预热过程为液滴节省的这部分传热热量很少，液滴的蒸发量增加并不明显。而当入口空气温度增加到超过溶液温度之后，塔内空气传热给液滴的范围扩大，溶液可以保持较高的温度，而液滴表面蒸汽压与温度呈指数关系，传质驱动力增长也成指数型增长，所以蒸发量将明显增加。相应的蒸发效率如图10所示，其变化趋势与蒸发量相同。

  

图10 蒸发效率随入口空气温度的变化

如图11所示，随着空气温度增加，蒸发能耗逐渐降低，空气温度越高，其能耗降低的速度也越快。这是因为虽然提高入口空气温度也需要消耗一部分能量，但是相应的塔内更大的范围内将处于空气向溶液传热的状态，由于塔内液相平均温度的升高使得传质驱动力成指数型增加，传质过程得到更大强化，所以蒸发能耗得到改善。由3.1、3.2所讨论可知，当入口空气温度（20 ℃）较低时，同一工况条件下溶液浓度越高，由于溶液黏度增加使得其蒸发能耗越低。而如图11所示，同一入口空气温度下，溶液浓度为0.2时蒸发能耗最高，溶液浓度为0.1时蒸发能耗最低。这是因为塔内溶液与空气传热传质是一个高度耦合的过程，当空气被加热后，传热方向由原先全流程内的液滴向空气传热变为在塔上方液滴向空气传热，塔下方空气向液滴传热。入口空气温度的不同，传热方向发生逆转的位置也不同，而且此过程中溶液浓度的变化也对其有很大影响。所以入口空气温度和溶液浓度对蒸发能耗的综合影响还需要进一步研究。

  

图11 蒸发能耗随入口空气温度的变化

4 结论

（1）入口溶液温度升高可以提高蒸发量和蒸发效率，但是由于传热强化的效果要大于传质强化的效果，蒸发能耗却是增加的，特别是溶液浓度较高时。

（2）空气流量原本较小时，再增加空气流量可以有效提高蒸发量与蒸发效率，降低蒸发能耗。但当空气流量增加到一定量时，传质强化效果将达到极限，蒸发量与蒸发效率增长不再明显，蒸发能耗有却会小幅上升后逐渐趋于定值。

（3）入口空气温度升高到高于入口溶液温度时，可以有效提高蒸发量和蒸发效率，并降低蒸发能耗。

（4）在各个工况下，随着溶液浓度的升高，由于表面蒸汽压降低，传质驱动减小，蒸发量与蒸发效率降低，溶液温度越高，降低的越明显。当空气温度较低时，溶液浓度的增加使液滴与空气之间的传热系数降低，蒸发能耗反而有所降低。但是随着空气温度逐渐升高，溶液浓度对蒸发能耗的影响还不明确，需要进一步研究。

模糊综合评价模型是由美国自动控制专家L.A.Zade教授提出的，用模糊数学对受到多种因素影响的对象进行定量评价。其实施步骤为：模糊综合评价指标构建；构建权重向量；构建评价矩阵；合成评价矩阵和向量。该评价模型较好地契合了教学过程呈现出来的模糊性等特征。

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