復(fù)合式廚房油煙凈化設(shè)備中過濾段的實(shí)驗(yàn)

復(fù)合式廚房油煙凈化設(shè)備中過濾段的實(shí)驗(yàn)研究摘要：研究廚房油煙復(fù)合式凈化設(shè)備中過濾吸附段的最優(yōu)結(jié)構(gòu)布置方式，開發(fā)出一種新型高效油煙氣凈化設(shè)備．從降低能耗和提高油煙捕集效率的角度出發(fā)，進(jìn)行過濾吸附段的研制，利用SPSS軟件按照正交設(shè)計(jì)布置試驗(yàn)，進(jìn)行因子方差分析，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法建立數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化測試．試驗(yàn)通過進(jìn)一步的理論進(jìn)行尋優(yōu)驗(yàn)證，得出最優(yōu)結(jié)構(gòu)布置方式為：過濾材料A選用YGL－2過濾氈，過濾器擋風(fēng)板寬度B為20mm，氣道深度C為200mm．采用復(fù)合方法獲得各種獨(dú)特的處理效果是油煙污染治理技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展方向，本設(shè)備將兩種或多種除油機(jī)理綜合運(yùn)用，達(dá)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(huì)效益和環(huán)境效益．關(guān)鍵詞：凈化效率，過濾吸附，正交設(shè)計(jì)，方差分析，結(jié)構(gòu)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(zhì)[1，2]．目前油煙的凈化技術(shù)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(shè)備復(fù)雜特別是造成二次污染的缺陷[3]．公共廚房油煙氣凈化設(shè)備性能的好壞直接關(guān)系到排油煙的效果和整個(gè)系統(tǒng)的初投資、運(yùn)行費(fèi)用與能耗．本文在分析已有凈化方法的基礎(chǔ)之上，利用控制油煙氣的特點(diǎn)，提出一種新型高效的油煙凈化技術(shù)，并研制開發(fā)出公共廚房油煙的復(fù)合式凈化設(shè)備．1實(shí)驗(yàn)方法1.1實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用三眼灶臺(tái)，長、寬、高尺寸為1400mm×800mm×810mm．整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)平面布置如圖1所示：主要包括灶臺(tái)、排氣罩、復(fù)合過濾凈化段、排風(fēng)機(jī)和風(fēng)管等．1.調(diào)節(jié)閥2.送風(fēng)機(jī)3.采樣孔4.傾斜微壓計(jì)5.復(fù)合過濾吸附段6.平行采樣儀7.爆炒爐灶8.灶臺(tái)9.排油煙罩10.下水管11.轉(zhuǎn)子流量計(jì)12.吸油插板式隔油池13.水泵14.上水管15.除油閥圖1設(shè)備安裝示意圖2.廚房油煙復(fù)合式過濾設(shè)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(shè)備底部設(shè)置收集槽，為便于產(chǎn)品的維護(hù)和更換,采用旁插式的結(jié)構(gòu)型式，設(shè)備總體由框架式結(jié)構(gòu)加過濾元件構(gòu)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(shè)備由鍍鋅鋼板制成，因而重量較輕，便于各種型式的安裝．設(shè)備工作心臟的過濾元件中的濾料采用通過試驗(yàn)研究所建立的新型布置方式充填，設(shè)備底部設(shè)置收集槽，將現(xiàn)場的維護(hù)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(jìn)氣圖2插式抽屜型框架結(jié)構(gòu)示意圖3.過濾材料的選擇本實(shí)驗(yàn)首先對(duì)市售若干種過濾材料進(jìn)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(shí)間）、濾層壓降（以氣流通過過濾器前后的壓差表示過濾設(shè)備的動(dòng)力消耗）進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)記錄，實(shí)驗(yàn)時(shí)采用單張、垂直氣流的布置形式，過濾風(fēng)速為0.8m／s，過濾時(shí)間為5min．并從消除油霧的結(jié)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(shí)間內(nèi)仍有效果，因此確定為進(jìn)一步試驗(yàn)的研究對(duì)象．4.廚房油煙復(fù)合式過濾設(shè)備中過濾吸附段的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是一種解決多因子對(duì)比試驗(yàn)問題的重要數(shù)學(xué)方法，主要使用正交表進(jìn)行整體設(shè)計(jì)、綜合比較、統(tǒng)計(jì)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(yàn)，然后再用統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合處理，選出最優(yōu)因子和水平[5]．本實(shí)驗(yàn)最終目的是從理論提出的過濾器規(guī)格中，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果的分析，根據(jù)相應(yīng)指標(biāo)（試驗(yàn)需要考查的結(jié)果）得出最優(yōu)結(jié)構(gòu)尺寸．就過濾器結(jié)構(gòu)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(fēng)速，當(dāng)實(shí)驗(yàn)所用過濾風(fēng)速、風(fēng)量已定時(shí)，可確定實(shí)驗(yàn)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(hào)時(shí)，采用隨機(jī)抽樣法確定出各因子的水平號(hào)．將上述影響因子和水平總結(jié)如表1．表1過濾段結(jié)構(gòu)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(jì)軟件正交設(shè)計(jì)過程5.1SPSS統(tǒng)計(jì)軟件安排實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)采用SPSS進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理．根據(jù)SPSS數(shù)據(jù)編程產(chǎn)生9個(gè)組合（即9次實(shí)驗(yàn)），將組合進(jìn)行整理，采取隨機(jī)抽簽的方法確定因子的排序，并根據(jù)排序進(jìn)行表頭設(shè)計(jì)和安排實(shí)施實(shí)驗(yàn)，該試驗(yàn)是一個(gè)三因子三水平試驗(yàn)．此方案在保證各因子與各水平間均勻搭配的基礎(chǔ)上僅制造和試驗(yàn)9次就能達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康模绻捎萌嬖囼?yàn)需33次．而這9次試驗(yàn)，既能代表33次試驗(yàn)的最優(yōu)結(jié)果，又可以大大減少試驗(yàn)次數(shù)、試驗(yàn)時(shí)間和費(fèi)用．可見在多因子多水平試驗(yàn)中正交設(shè)計(jì)的重要性．一般來說各因子取三個(gè)水平即可看出其變化規(guī)律．5.2SPSS軟件輸出正交試驗(yàn)結(jié)果及單變量方差分析將理化指標(biāo)測定結(jié)果輸入SPSS系統(tǒng)進(jìn)行分析、對(duì)輸出的結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，SPSS軟件通過單變量方差分析可以處理各種不同設(shè)計(jì)，包括隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)、析因設(shè)計(jì)．在輸出結(jié)果中每一個(gè)響應(yīng)有2個(gè)表，見表2、表3，即方差分析表和估計(jì)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(jì)邊緣均數(shù)表因子水平均值/Pa標(biāo)準(zhǔn)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(jié)果分析1．方差分析表對(duì)三個(gè)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(jié)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(gè)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(gè)因子均有顯著意義（顯著值小于0.05）．2．估計(jì)邊緣均數(shù)表給出了每個(gè)因子三個(gè)水平的均值，標(biāo)準(zhǔn)誤差和95％的置信區(qū)間．由單因子統(tǒng)計(jì)量表分析可知，材料A應(yīng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果通過進(jìn)一步的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行尋優(yōu)驗(yàn)證，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有兩種：一是在相同過濾效率，油煙過濾器阻力最?。欢窃谙嗤倪^濾效率前提下，綜合指標(biāo)最佳．過濾吸附段最佳結(jié)構(gòu)組合為A1B1C1．6結(jié)論1．在復(fù)合式廚房油煙過濾設(shè)備中過濾段結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)中，正交設(shè)計(jì)的應(yīng)用可以定量地分析結(jié)構(gòu)參數(shù)的大小對(duì)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(shè)計(jì)合理、性能可靠的改造產(chǎn)品．使用計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)分析軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不僅運(yùn)算速度快，而且結(jié)果準(zhǔn)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(fù)合油煙過濾器的產(chǎn)品性能，過濾吸附段最佳結(jié)構(gòu)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(fēng)板寬度為20mm、氣道深度為200mm時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行工況為最佳．3．采用復(fù)合方法獲得各種獨(dú)特的處理效果是油煙污染治理技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展方向，本設(shè)備將兩種或多種除油機(jī)理綜合運(yùn)用，達(dá)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(huì)效益和環(huán)境效益．參考文獻(xiàn)：[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(huì)，張寶剛等．公共廚房油煙氣控制技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].沈陽建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2002,18(3):210~214．[4]國家環(huán)保總局，GB18483-2001，飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)（試行）[s]．北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002[5]聶雪麗,曹家樅,正交試驗(yàn)法在袋式高效空氣過濾器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J],建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2002,(4):53~55.[6]高健,金義翠,簡易過濾法對(duì)飲食業(yè)油煙霧的凈化處理[J],重慶環(huán)境科學(xué)，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(xué)研究中的正交設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理[J],藥學(xué)進(jìn)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(shù)原理[M]．上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1998，4.ExperimentalResearchontheFiltrationandAdsorptionSectionfromtheCompoundOilFumePurifyingDeviceinKitchensAbstract:Theexperimentswereperformedtoexploretheoptimumstructuralarrangementofthefilter,toestablishasetofstableconcentration-detectingsystemfortheoilfumeandtodevelopakindofhigh-efficiencyoilfumepurifyingdeviceforcommonkitchens.Fromtheaspectsofreducingstructureresistanceandimprovingthefilteringefficiency,thefiltrationandadsorptionsectionisdesigned.Theexperimentaltechniquesforthestructuraloptimizationaretheestablishmentofmathematicalmodelingbythestatisticalmethod,thevarianceanalysisonfactorsbySPSSsoftwareandtheexperimentalarrangementbytheorthogonaldesign.Theresultsindicatethattheoptimumst