復合式廚房油煙凈化設備中過濾段的實驗

復合式廚房油煙凈化設備中過濾段的實驗研究摘要：研究廚房油煙復合式凈化設備中過濾吸附段的最優(yōu)結構布置方式，開發(fā)出一種新型高效油煙氣凈化設備．從降低能耗和提高油煙捕集效率的角度出發(fā)，進行過濾吸附段的研制，利用SPSS軟件按照正交設計布置試驗，進行因子方差分析，利用統(tǒng)計學方法建立數(shù)學模型，實現(xiàn)產(chǎn)品的結構優(yōu)化測試．試驗通過進一步的理論進行尋優(yōu)驗證，得出最優(yōu)結構布置方式為：過濾材料A選用YGL－2過濾氈，過濾器擋風板寬度B為20mm，氣道深度C為200mm．采用復合方法獲得各種獨特的處理效果是油煙污染治理技術的一個主要發(fā)展方向，本設備將兩種或多種除油機理綜合運用，達到提高油煙氣凈化效率、減少阻力、降低能耗的作用，具有明顯的社會效益和環(huán)境效益．關鍵詞：凈化效率，過濾吸附，正交設計，方差分析，結構優(yōu)化

飲食業(yè)油煙含有許多有毒有害成分，主要有烷烴、烯烴、醛、酮、脂肪酸等化合物,其中許多為致癌物質[1，2]．目前油煙的凈化技術主要有慣性分離、靜電沉降、織物過濾、液體洗滌等，這些方法均存在能耗高、設備復雜特別是造成二次污染的缺陷[3]．公共廚房油煙氣凈化設備性能的好壞直接關系到排油煙的效果和整個系統(tǒng)的初投資、運行費用與能耗．本文在分析已有凈化方法的基礎之上，利用控制油煙氣的特點，提出一種新型高效的油煙凈化技術，并研制開發(fā)出公共廚房油煙的復合式凈化設備．1實驗方法1.1實驗裝置實驗臺采用三眼灶臺，長、寬、高尺寸為1400mm×800mm×810mm．整個實驗臺平面布置如圖1所示：主要包括灶臺、排氣罩、復合過濾凈化段、排風機和風管等．1.調節(jié)閥2.送風機3.采樣孔4.傾斜微壓計5.復合過濾吸附段6.平行采樣儀7.爆炒爐灶8.灶臺9.排油煙罩10.下水管11.轉子流量計12.吸油插板式隔油池13.水泵14.上水管15.除油閥圖1設備安裝示意圖2.廚房油煙復合式過濾設備中過濾吸附段的研制采用特殊的濾料布置形式——折疊型氣流布置方式，濾料的布置方式采用豎向布置，并在設備底部設置收集槽，為便于產(chǎn)品的維護和更換,采用旁插式的結構型式，設備總體由框架式結構加過濾元件構成見圖2．過濾元件制成抽屜形式，濾料布置形式可隨意改變，設備由鍍鋅鋼板制成，因而重量較輕，便于各種型式的安裝．設備工作心臟的過濾元件中的濾料采用通過試驗研究所建立的新型布置方式充填，設備底部設置收集槽，將現(xiàn)場的維護工作降低到最少，便于濾料的更換．1.滑道2.擋板3.框架4.過濾吸附段5.除油閥6.油煙分離區(qū)7.潔凈氣體8.進氣圖2插式抽屜型框架結構示意圖3.過濾材料的選擇本實驗首先對市售若干種過濾材料進行目測，初步選擇了10種天然及合成高分子材料：木棉MMX＃、聚苯乙烯PSZ＃、聚乙烯PEX＃、聚丙烯PPWF＃、改性聚丙烯GXPP＃、YGL－1過濾氈、YGL－2過濾氈、SF1＃無紡布試制品、SF2＃無紡布試制品，雞絨毛．在高濃度油煙霧作用下，就濾材增重（濾料吸附油霧后增加的重量與油霧發(fā)生器中油蒸發(fā)量相比較可以粗略地確定濾料凈化效率,小試采用該法）、材料的使用壽命（即穿透時間）、濾層壓降（以氣流通過過濾器前后的壓差表示過濾設備的動力消耗）進行了實驗記錄，實驗時采用單張、垂直氣流的布置形式，過濾風速為0.8m／s，過濾時間為5min．并從消除油霧的結果來看，YGL－2過濾氈、改性聚丙烯GXPP＃、聚丙烯PPWF＃過濾材料，在一定的時間內(nèi)仍有效果，因此確定為進一步試驗的研究對象．4.廚房油煙復合式過濾設備中過濾吸附段的正交試驗設計正交試驗設計方法是一種解決多因子對比試驗問題的重要數(shù)學方法，主要使用正交表進行整體設計、綜合比較、統(tǒng)計分析．具體地說，也就是利用正交表從所有可能搭配中挑出若干必需的試驗，然后再用統(tǒng)計分析方法對試驗結果進行綜合處理，選出最優(yōu)因子和水平[5]．本實驗最終目的是從理論提出的過濾器規(guī)格中，通過對實驗測試結果的分析，根據(jù)相應指標（試驗需要考查的結果）得出最優(yōu)結構尺寸．就過濾器結構本身而言，影響空氣過濾器效率和阻力的最直接因子是過濾材料、過濾面積和過濾風速，當實驗所用過濾風速、風量已定時，可確定實驗因子為過濾材料（用A表示）、擋板寬度（用B表示）、氣道深度（用C表示）．為了消除系統(tǒng)誤差和人為因子的干擾，在確定各因子的水平號時，采用隨機抽樣法確定出各因子的水平號．將上述影響因子和水平總結如表1．表1過濾段結構主要影響因子和水平水平因子過濾材料A擋板寬度B/mmm氣道深度C/mmm1YGL－2202002GXPP＃251503PPWF＃152505.SPSS統(tǒng)計軟件正交設計過程5.1SPSS統(tǒng)計軟件安排實驗設計本實驗采用SPSS進行正交試驗設計數(shù)據(jù)處理．根據(jù)SPSS數(shù)據(jù)編程產(chǎn)生9個組合（即9次實驗），將組合進行整理，采取隨機抽簽的方法確定因子的排序，并根據(jù)排序進行表頭設計和安排實施實驗，該試驗是一個三因子三水平試驗．此方案在保證各因子與各水平間均勻搭配的基礎上僅制造和試驗9次就能達到試驗目的．如果采用全面試驗需33次．而這9次試驗，既能代表33次試驗的最優(yōu)結果，又可以大大減少試驗次數(shù)、試驗時間和費用．可見在多因子多水平試驗中正交設計的重要性．一般來說各因子取三個水平即可看出其變化規(guī)律．5.2SPSS軟件輸出正交試驗結果及單變量方差分析將理化指標測定結果輸入SPSS系統(tǒng)進行分析、對輸出的結果進行評價，SPSS軟件通過單變量方差分析可以處理各種不同設計，包括隨機區(qū)組設計、析因設計．在輸出結果中每一個響應有2個表，見表2、表3，即方差分析表和估計邊緣均數(shù)表．（效率輸出表省略）表2阻力方差分析表方差來源平均和自由度均方F值顯著性截距583670.55341583670.553482877.79920.000直徑A353.6002176.80025.1050.038寬度B1373.84442686.92297.5390.010角度C1876.92332938.462133.2560.007誤差14.08527.043總和587288.99859表3阻力估計邊緣均數(shù)表因子水平均值/Pa標準誤差/Pa95%的置信區(qū)間間阻力下界值/Pa阻力上界值/Pa過濾材料YGL－2249.2471.532242.654255.839GXPP＃251.2901.532244.698257.882PPWF＃263.4471.532256.854270.039擋板寬度15mm266.7471.532260.154273.33920mm237.6901.532231.098244.28225mm259.5471.532252.954266.139氣道深度150mm274.4571.532267.864281.049200mm240.4131.532233.821247.006250mm249.1131.532242.521255.7065.3結果分析1．方差分析表對三個因子作出了方差分析，該表各列的意義分別是方差來源、平方和、自由度、均方、F值及顯著值．由表中的方差分析結果可知：（1）阻力影響次序：C＞B＞A其中深度C的顯著值為0.007、寬度B的顯著值為0.010、材料A的顯著值為0.038，三個因子均有顯著意義（顯著值小于0.05）；（2）凈化效率影響次序：C＞A＞B其中深度C的顯著值為0.029、材料A的顯著值為0.030、寬度B的顯著值為0.037，三個因子均有顯著意義（顯著值小于0.05）．2．估計邊緣均數(shù)表給出了每個因子三個水平的均值，標準誤差和95％的置信區(qū)間．由單因子統(tǒng)計量表分析可知，材料A應選水平1：YGL-2、寬度B選水平1：20mm、深度C選水平1：200mm．3．根據(jù)實驗結果通過進一步的評價標準進行尋優(yōu)驗證，評價標準有兩種：一是在相同過濾效率，油煙過濾器阻力最小；二是在相同的過濾效率前提下，綜合指標最佳．過濾吸附段最佳結構組合為A1B1C1．6結論1．在復合式廚房油煙過濾設備中過濾段結構參數(shù)設計中，正交設計的應用可以定量地分析結構參數(shù)的大小對凈化效率、阻力的影響，以及這種影響隨因子水平的變化．從而得出設計合理、性能可靠的改造產(chǎn)品．使用計算機統(tǒng)計分析軟件處理實驗數(shù)據(jù)，不僅運算速度快，而且結果準確，并通過原始數(shù)據(jù)可獲得數(shù)據(jù)的圖像表示，以揭示其內(nèi)在含義．2.為了更有效的優(yōu)化高效廚房用復合油煙過濾器的產(chǎn)品性能，過濾吸附段最佳結構組合為：過濾材料選用YGL－2過濾氈，該材料是一種新型高吸油材料，由吸油性的聚合高分子材料纖維制成，制造成本很低．過濾器的擋風板寬度為20mm、氣道深度為200mm時，系統(tǒng)的運行工況為最佳．3．采用復合方法獲得各種獨特的處理效果是油煙污染治理技術的一個主要發(fā)展方向，本設備將兩種或多種除油機理綜合運用，達到提高油煙氣凈化效率、減少阻力、降低能耗的作用，具有明顯的社會效益和環(huán)境效益．參考文獻：[1]WuMT,LeeLH,HoCK,etal.Environmentalexposuretocookingoilfumesandcervicalintraepithelialneoplasm[J].EnvironmentalResearch.2004,94(1):25-32.[2]Yang.Ji,Jia.Jinping,etal.,TreatmentOfCookingOilFumeByLowTemperatureCatalysis[J].,AppliedCatalysisB:Environmental,2005,58:23-131.[3]李剛，馮國會，張寶剛等．公共廚房油煙氣控制技術現(xiàn)狀與展望[J].沈陽建筑工程學院學報，2002,18(3):210~214．[4]國家環(huán)?？偩郑珿B18483-2001，飲食業(yè)油煙排放標準（試行）[s]．北京：中國環(huán)境科學出版社，2002[5]聶雪麗,曹家樅,正交試驗法在袋式高效空氣過濾器設計中的應用[J],建筑熱能通風空調,2002,(4):53~55.[6]高健,金義翠,簡易過濾法對飲食業(yè)油煙霧的凈化處理[J],重慶環(huán)境科學，2003，25（2）：45-49.[7]FengL,ZhongyiZH,MaiZ,etal,ASuper-hydrophobicandSuper-oleophilicCoatingMeshFilmfortheSeparationofOilandWater[J].Angew,Chem.Int.Ed.,2004,43(15):2012-2014.[8]韓永龍，王浩，付麗佳,SPSS軟件用于藥學研究中的正交設計數(shù)據(jù)處理[J],藥學進展,2002.26(3):179-182.[9]Kazen,J.K.,Otani,H.,1996,AnSPSSprogramtocomputesubjectiveorganization[J].BehaviorResearchMethods,Instruments,&Computers,1996,28(3):476-478.[10]許鐘麟．空氣潔凈技術原理[M]．上海：同濟大學出版社，1998，4.ExperimentalResearchontheFiltrationandAdsorptionSectionfromtheCompoundOilFumePurifyingDeviceinKitchensAbstract:Theexperimentswereperformedtoexploretheoptimumstructuralarrangementofthefilter,toestablishasetofstableconcentration-detectingsystemfortheoilfumeandtodevelopakindofhigh-efficiencyoilfumepurifyingdeviceforcommonkitchens.Fromtheaspectsofreducingstructureresistanceandimprovingthefilteringefficiency,thefiltrationandadsorptionsectionisdesigned.Theexperimentaltechniquesforthestructuraloptimizationaretheestablishmentofmathematicalmodelingbythestatisticalmethod,thevarianceanalysisonfactorsbySPSSsoftwareandtheexperimentalarrangementbytheorthogonaldesign.Theresultsindicatethattheoptimumst