CN115212594B - 一种基于太阳能光谱调制的喷雾干燥装置及方法 - Google Patents
一种基于太阳能光谱调制的喷雾干燥装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115212594B CN115212594B CN202210830910.7A CN202210830910A CN115212594B CN 115212594 B CN115212594 B CN 115212594B CN 202210830910 A CN202210830910 A CN 202210830910A CN 115212594 B CN115212594 B CN 115212594B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solar
- liquid drops
- spectrum modulation
- spectrum
- spray drying
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000003595 mist Substances 0.000 claims abstract description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 27
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 23
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 2
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims 2
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 claims 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 claims 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 238000005118 spray pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D1/00—Evaporating
- B01D1/16—Evaporating by spraying
- B01D1/18—Evaporating by spraying to obtain dry solids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D1/00—Evaporating
- B01D1/30—Accessories for evaporators ; Constructional details thereof
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/30—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Drying Of Solid Materials (AREA)
Abstract
一种基于太阳能光谱调制的喷雾干燥装置及方法，该装置由物料溶液入口管道、光谱调制玻璃、太阳能聚光器、干燥物料出口、太阳光谱吸收薄膜、喷嘴、蒸汽出口和梭形腔体组成；将该装置放置于开阔地面上，从物料溶液入口通入物料溶液，输入太阳能，经过喷雾干燥过程即可实现溶质与溶剂的分离。本发明以太阳能为输入能源，采用光谱调制的方式使水雾的吸收光谱与太阳光谱相匹配，相较于传统的喷雾干燥方法，实现成本更低，更高效的喷雾干燥，并减小设备占用空间、节约材料。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光谱调制技术领域，具体涉及一种利用太阳能光谱调制，使喷雾中液滴高效吸收太阳能，从而加速喷雾干燥的装置及方法。
背景技术
喷雾干燥过程广泛应用于废水脱盐、喷雾制粒、喷雾热分解等各种工农业领域，其本质为以较低的成本追求喷雾中液滴的高效蒸发，实现溶质与溶剂的高效、快速分离。
传统工业上广泛应用的喷雾干燥方法一般为热空气法。即在设备中通入高温热风，与雾化后的液滴接触而使液滴迅速蒸发，经过换热后的热风温度显著降低，被作为废气排出，并在从设备底端排出干燥所得产品。热风的通入与排出使得整个设备体积较大，且热风的产生也需要另外输入能源，成本较高。
发明内容
为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于太阳能光谱调制的喷雾干燥装置及方法，该装置以太阳能为输入能源，采用光谱调制的方式使雾场的吸收光谱与太阳光谱相匹配，实现成本更低，更高效的喷雾干燥。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于太阳能光谱调制的喷雾干燥装置，该装置由物料溶液入口管道1、光谱调制玻璃2、太阳能聚光器3、干燥物料出口4、太阳光谱吸收薄膜5、喷嘴6、蒸汽出口7和梭形腔体8组成；
物料溶液入口管道1绕梭形腔体8外壁面布置并从梭形腔体8顶部通入，末端与喷嘴6相接；蒸汽出口7位于梭形腔体8左上方；光谱调制玻璃2内嵌于梭形腔体8右上方壁面内，太阳能聚光器3位于光谱调制玻璃2侧面；梭形腔体8内壁面覆盖太阳光谱吸收薄膜5，底部与干燥物料出口4相接。
光谱调制玻璃2分段组成，每段采用不同种类的稀土元素掺杂微晶玻璃制成，并通过粘合剂粘连；当太阳光经过太阳能聚光器3聚光效应后照射在光谱调制玻璃2上时，每段光谱调制玻璃均会对太阳光谱的波长调制，临近喷嘴处的微晶玻璃可以掺杂Nd3+、Er3+、Pr3+等稀土元素，将太阳光谱的波长范围调制至800-1100nm；远离喷嘴处的微晶玻璃可以掺杂Yb3+、Tm3+、Ho3+等稀土元素，将太阳光谱的波长范围调制至1100-1400nm，从而使经过光谱调制后不同波长的太阳辐射对应不同尺寸的液滴。
喷嘴6采用雾化喷射，雾场中液滴分布均匀且液滴尺寸随喷射距离的增加而逐渐减小。不同粒径的液滴对不同波段的热辐射具有不同的吸收率，可将直径大于1mm称为大液滴，小于1mm称为小液滴。大液滴对短波红外辐射(800-1100nm)有较高的吸收率，而小液滴对长波红外辐射(1100-1400nm)有较高的吸收率。
所使用的物料溶液，例如：含盐溶液、乳浊液、悬浮液等，需要预先进行初步过滤并加压处理，以不堵塞喷嘴6为准。
太阳光谱吸收薄膜5采用石墨烯-SiO2纳米复合材料，用于吸收被液滴反射、透射的太阳辐射，提升梭形腔体8内部温度。
物料溶液入口管道1绕梭形腔体8外壁面布置，用于充分利用太阳光谱吸收薄膜5所吸收的太阳能，通过壁面导热的方式对物料溶液进行预热。
进行物料溶液喷雾干燥时，将该装置放置于开阔地面上，然后将初步过滤并加压后的物料溶液引入物料溶液入口管道1中，经过喷嘴6形成圆锥状水雾；太阳能聚光器3聚集太阳能形成的高能光束，通过光谱调制玻璃2形成不同波长的太阳辐射，被水雾中不同尺寸的液滴所吸收；液滴反射、透射的太阳辐射被太阳光谱吸收薄膜5所吸收，使梭形腔体8内部温度提升，喷雾进一步蒸发；喷雾干燥过程中所产生的蒸汽由蒸汽出口7排出，从干燥物料出口4排出干燥物料，实现溶质与溶剂的高效低成本分离。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
本发明以太阳能为输入能源，采用光谱调制的方式使雾场的吸收光谱与太阳光谱相匹配，相较于传统的喷雾干燥方法，实现成本更低，更高效的喷雾干燥，并减小设备占用空间、节约材料。
附图说明
图1为本发明基于太阳能光谱调制的喷雾干燥装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明是一种基于太阳能光谱调制的喷雾干燥装置，该装置由物料溶液入口管道1、光谱调制玻璃2、太阳能聚光器3、干燥物料出口4、太阳光谱吸收薄膜5、喷嘴6、蒸汽出口7、梭形腔体8组成；物料溶液入口管道1绕梭形腔体8外壁面布置并从梭形腔体8顶部通入，末端与喷嘴6相接；蒸汽出口7位于梭形腔体8左上方；光谱调制玻璃2内嵌于梭形腔体8右上方壁面内，太阳能聚光器3位于光谱调制玻璃2侧面；梭形腔体8内壁面覆盖太阳光谱吸收薄膜5，底部与干燥物料出口4相接。
实施例一：氯化钠(NaCl)溶液的喷雾干燥：
(1)如图1所示，将该装置放置于开阔地面上，将氯化钠(NaCl)溶液进行初步过滤并加压至1MPa后，引入物料溶液入口管道1中，经过喷嘴6，在梭形腔体8中形成圆锥状水雾，水雾中的液滴尺寸沿轴向方向递减；
(2)如图1所示，太阳光经过太阳能聚光器3的聚光作用和光谱调制玻璃2的调制作用产生与水雾中液滴尺寸相匹配的光辐射场；即液滴尺寸大的区域，辐射波长短；液滴尺寸小的区域，辐射波长长；被液滴反射、透射的太阳辐射，会被喷雾干燥腔体内壁的太阳光谱吸收薄膜5吸收，提高梭形腔体8内部温度；
(3)如图1所示，在喷雾蒸发过程中所析出的氯化钠(NaCl)晶粒在重力的作用下会落入干燥物料出口4中并排出；喷雾蒸发过程中所产生的蒸汽由蒸汽出口7排出。
实施例二：含盐悬浮液的喷雾干燥
(1)如图1所示，将该装置放置于开阔地面上，将含盐悬浮液进行初步过滤并加压至0.6MPa后，引入物料溶液入口管道1当中，通过喷嘴6之后，在喷雾干燥腔体部形成圆锥状水雾，水雾中的液滴尺寸沿轴向方向递减；
(2)如图1所示，太阳光经过太阳能聚光器3的聚光作用和光谱调制玻璃2的调制作用产生与水雾中液滴尺寸相匹配的光辐射场；即液滴尺寸大的区域，辐射波长短；液滴尺寸小的区域，辐射波长长；被液滴反射、透射的太阳辐射，会被喷雾干燥腔体内壁的太阳光谱吸收薄膜5吸收，提高梭形腔体8内部温度；
(3)如图1所示，在喷雾蒸发过程中所析出的盐晶粒在重力的作用下会落入干燥物料出口4中并排出；喷雾蒸发过程中所产生的蒸汽由蒸汽出口7排出。
Claims (4)
1.一种基于太阳能光谱调制的喷雾干燥装置，其特征在于：该装置由物料溶液入口管道(1)、光谱调制玻璃(2)、太阳能聚光器(3)、干燥物料出口(4)、太阳光谱吸收薄膜(5)、喷嘴(6)、蒸汽出口(7)和梭形腔体(8)组成；
物料溶液入口管道(1)绕梭形腔体(8)外壁面布置并从梭形腔体(8)顶部通入，末端与喷嘴(6)相接；蒸汽出口(7)位于梭形腔体(8)左上方；光谱调制玻璃(2)内嵌于梭形腔体(8)右上方壁面内，太阳能聚光器(3)位于光谱调制玻璃(2)侧面；梭形腔体(8)内壁面覆盖太阳光谱吸收薄膜(5)，底部与干燥物料出口(4)相接；
光谱调制玻璃(2)分段组成，每段采用不同种类的稀土元素掺杂微晶玻璃制成，并通过粘合剂粘连；当太阳光经过太阳能聚光器(3)聚光效应后照射在光谱调制玻璃(2)上时，每段光谱调制玻璃均会对太阳光谱的波长调制，临近喷嘴处的微晶玻璃掺杂Nd3+、Er3+、Pr3+稀土元素，将太阳光谱的波长范围调制至800-1100nm；远离喷嘴处的微晶玻璃掺杂Yb3+、Tm3 +、Ho3+稀土元素，将太阳光谱的波长范围调制至1100-1400nm，从而使经过光谱调制后不同波长的太阳辐射对应不同尺寸的液滴；
喷嘴(6)采用雾化喷射，雾场中液滴分布均匀且液滴尺寸随喷射距离的增加而逐渐减小；不同粒径的液滴对不同波段的热辐射具有不同的吸收率，将直径大于1mm称为大液滴，小于1mm称为小液滴；大液滴对波长为800-1100nm的短波红外辐射有较高的吸收率，而小液滴对波长为1100-1400nm的长波红外辐射有较高的吸收率；
物料溶液入口管道(1)绕梭形腔体(8)外围布置，用于充分利用太阳光谱吸收薄膜(5)所吸收的太阳能，通过壁面导热的方式对物料溶液进行预热。
2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能光谱调制的喷雾干燥装置，其特征在于：所使用的物料溶液，需要预先进行初步过滤并加压处理，以不堵塞喷嘴(6)为准。
3.根据权利要求1所述的一种基于太阳能光谱调制的喷雾干燥装置，其特征在于：太阳光谱吸收薄膜(5)采用石墨烯-SiO2纳米复合材料，用于吸收被液滴反射、透射的太阳辐射，提升梭形腔体(8)内部温度。
4.权利要求1至3任一项所述的一种基于太阳能光谱调制的喷雾干燥装置的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，将该装置放置于空地上，然后将初步过滤并加压后的物料溶液引入物料入口管道(1)中，经过喷嘴(6)形成圆锥形水雾；
步骤2，太阳能聚光器(3)聚集太阳能形成的高能光束，通过光谱调制玻璃(2)形成不同波长的太阳辐射，被水雾中不同尺寸的液滴所吸收；液滴反射、透射的太阳辐射被太阳光谱吸收薄膜(5)吸收，梭形腔体(8)内部温度提升，喷雾进一步蒸发；
步骤3，喷雾干燥后所产生的蒸汽由蒸汽出口(7)排出，从干燥物料出口(4)排出干燥物料，实现溶质与溶剂的分离。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210830910.7A CN115212594B (zh) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | 一种基于太阳能光谱调制的喷雾干燥装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210830910.7A CN115212594B (zh) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | 一种基于太阳能光谱调制的喷雾干燥装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115212594A CN115212594A (zh) | 2022-10-21 |
| CN115212594B true CN115212594B (zh) | 2023-12-19 |
Family
ID=83611245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210830910.7A Active CN115212594B (zh) | 2022-07-15 | 2022-07-15 | 一种基于太阳能光谱调制的喷雾干燥装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115212594B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5650050A (en) * | 1993-05-27 | 1997-07-22 | Kaufmann; Willy | Device for the desalination of sea water |
| CN101353229A (zh) * | 2008-09-05 | 2009-01-28 | 浙江大学 | 一种稀土离子掺杂的下转换发光透明微晶玻璃 |
| CN103708735A (zh) * | 2013-12-05 | 2014-04-09 | 浙江大学 | 一种提高Bi掺杂玻璃近红外发光热稳定性的方法 |
| CN104353252A (zh) * | 2014-04-21 | 2015-02-18 | 天津城建大学 | 一种含盐水溶液的浓缩装置和方法 |
| CN110759639A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-02-07 | 宁波大学 | 近红外双波段超宽带发射的稀土掺杂玻璃及其制备方法 |
| CN114132981A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-04 | 西安交通大学 | 一种基于太阳能分光-辐射冷却的脱盐系统及方法 |
-
2022
- 2022-07-15 CN CN202210830910.7A patent/CN115212594B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5650050A (en) * | 1993-05-27 | 1997-07-22 | Kaufmann; Willy | Device for the desalination of sea water |
| CN101353229A (zh) * | 2008-09-05 | 2009-01-28 | 浙江大学 | 一种稀土离子掺杂的下转换发光透明微晶玻璃 |
| CN103708735A (zh) * | 2013-12-05 | 2014-04-09 | 浙江大学 | 一种提高Bi掺杂玻璃近红外发光热稳定性的方法 |
| CN104353252A (zh) * | 2014-04-21 | 2015-02-18 | 天津城建大学 | 一种含盐水溶液的浓缩装置和方法 |
| CN110759639A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-02-07 | 宁波大学 | 近红外双波段超宽带发射的稀土掺杂玻璃及其制备方法 |
| CN114132981A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-04 | 西安交通大学 | 一种基于太阳能分光-辐射冷却的脱盐系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115212594A (zh) | 2022-10-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106966564B (zh) | 一种污泥脱水装置 | |
| CN105466157B (zh) | 废热用于多效蒸发和气流干燥的真空管束干燥系统 | |
| CN105402999B (zh) | 机械蒸汽再压缩式真空管束干燥系统 | |
| US20140262730A1 (en) | Mobile mechanical vapor recompression evaporator | |
| CN115212594B (zh) | 一种基于太阳能光谱调制的喷雾干燥装置及方法 | |
| CN206214976U (zh) | 一种涂装烤箱的节能废气处理系统 | |
| CN103217869A (zh) | 一种用于激光等离子体极紫外光源的液体锡靶发生器 | |
| US8815187B2 (en) | Process and system for quenching heat, scrubbing, cleaning and neutralizing acidic media present in the flue gas from the firing of fossil fuel | |
| CN114132981B (zh) | 一种基于太阳能分光-辐射冷却的脱盐系统及方法 | |
| CN108302907A (zh) | 一种车载一体式粮食干燥器及其干燥方法 | |
| CN101919443B (zh) | 吸收式低温干燥塔 | |
| CN103539215B (zh) | 污水处理系统及工艺 | |
| CN108793294A (zh) | 一种浓盐水处理系统及处理方法 | |
| CN204307381U (zh) | 一种离心式喷雾干燥和回收系统 | |
| CN214270271U (zh) | 污水处理喷嘴结构及其污水处理设备 | |
| CN201278793Y (zh) | 导热油加温加压饲料喷化设备 | |
| CN203959868U (zh) | 浓盐水处理系统 | |
| WO2020000343A1 (zh) | 一种污泥干化蒸馏水除氨氮、cod的工艺 | |
| CN214088117U (zh) | 光伏光热耦合供能的火电厂高盐废水零排放处理系统 | |
| CN201632175U (zh) | 尾气处理装置 | |
| CN214950462U (zh) | 一种喷雾造粒干燥设备 | |
| CN205316819U (zh) | 机械蒸汽再压缩式真空管束干燥系统 | |
| CN210001618U (zh) | 一种火电厂废水雾化喷嘴 | |
| CN210001617U (zh) | 一种火电厂废水雾化喷嘴 | |
| CN206404535U (zh) | 一种滚筒干燥设备中的除味除汽装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |