沼液氨氮减压蒸馏分离性能与反应动力学 - Ingenta Connect.PDF

第 32 卷 第 17 期 农 业 工 程 学 报 Vol.32 No.17 2016 年 9 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Sep. 2016 191 沼液氨氮减压蒸馏分离性能与反应动力学 贺清尧，王文超，刘 璐，余 歌，晏水平※ （华中农业大学工学院，武汉 430070 ） 摘 要：对沼液中氨氮进行脱除，有助于降低沼液对环境的潜在危害和在农业生态应用时对植物的生理毒性，但现有沼 液氨氮脱除技术存在氨氮分离反应动力学常数较小和耗时较长等问题。基于此，在扩大沼液中氨氮利用价值的目标下， 该文在旋转蒸发仪上对沼液进行了减压蒸馏分离研究并探索了温度、压力和 NaOH 添加量对氨氮分离效果的影响，同时 进行了三因素四水平的正交试验，对操作参数进行优化。研究中，采用氨氮分离一级反应动力学常数评价反应速率，用 氨氮分离因子评价氨氮分离性能。单因素试验结果表明，NaOH 添加量增加有利于同时提升一级反应动力学常数和分离 因子。同时，降低操作压力和增加反应温度有助于提升一级反应动力学常数，但却会带来分离因子值的下降。正交试验 结果表明，3 个操作参数对氨氮分离效果的主次顺序依次为：pH 值，压力，温度。筛选出的优方案为 NaOH 添加量 15 g/L （pH 值为 13.04）、压力 15 kPa、温度 35 ℃，此时氨氮分离一级反应动力学常数为 0.97 h-1 ，达到 90%氨氮去除率时分离 因子值为 395.96 。这意味着对pH 值提升后的沼液进行减压蒸馏，不仅可对沼液中氨氮达到较好的分离效果，理论上还能 回收较高浓度的氨水用于沼气净化提纯。相比于热吹脱和气体吹脱技术，在同等pH 条件下，减压蒸馏技术可在较低温度 下获得更高的一级反应动力学常数，且极易通过温度和压力的改变进行提升，说明减压蒸馏法分离氨氮在反应动力学上 具有优势。研究结果可为以回收高浓度氨水为目标的沼液高效低耗氨氮分离提供参考。 关键词：分离；动力学；优化；沼液；减压蒸馏；氨氮分离 doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.026 中图分类号：S216.4 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2016)-17-0191-07 贺清尧，王文超，刘 璐，余 歌，晏水平. 沼液氨氮减压蒸馏分离性能与反应动力学 [J]. 农业工程学报，2016，32(17)： 191－197. doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.026 He Qingyao, Wang Wenchao, Liu Lu, Yu Ge, Yan Shuiping. Ammonia nitrogen separation performance and kinetics from biogas slurry using vacuum distillation method[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(17): 191 －197. (in Chinese with English abstract) doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.17.026 反应动力学常数较低，导致氨氮分离时半衰周期长[14-17] 。 0 引 言