摘 　要: 　在對(duì)斜板沉降分離機(jī)理研究的基礎(chǔ)上 ,通過對(duì)斜板沉降器的實(shí)驗(yàn)研究 ,在不同的實(shí)驗(yàn)條件和操作條件下 ,分別對(duì)斜板沉降器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化 ,從而找到*傾角和*斜板長(zhǎng)度.斜板沉降器參數(shù)的優(yōu)化 ,為斜板沉降器的工業(yè)設(shè)計(jì)提供可靠的理論依據(jù).
       關(guān)鍵詞: 　斜板沉降器; 　聚結(jié); 　參數(shù)優(yōu)化; 　油水分離
       中圖分類號(hào): 　TQ028.4+ 2 　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: 　A

       隨著斜板沉降技術(shù)的發(fā)展 ,斜板沉降器已廣泛應(yīng)用于非均相物系的分離 ,如在固2液分離方面 ,在一定場(chǎng)合已取代了普通重力沉降槽.斜板沉降器在即使不使用絮凝劑的情況下 ,細(xì)微顆粒也能實(shí)現(xiàn)沉降分離 ,故特別適用于食品工業(yè)等不能添加絮凝劑的場(chǎng)合.在液2液分離方面 ,斜板沉降器廣泛應(yīng)用于石油工業(yè)中的油水分離 ,化工方面的有毒廢液處理1,環(huán)保方面的廢液處理、液體凈化等.關(guān)于斜板沉降分離理論目前的研究都集中在液滴的沉降 ,液滴的聚結(jié)兩方面 ,對(duì)于斜板的材質(zhì) ,Meon 和Blass2 已經(jīng)過實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)各種材料的斜板潤(rùn)濕性能.后來的研究主要在斜板的構(gòu)造方面加以改進(jìn) ,如新型波紋板3 ,新型復(fù)合聚結(jié)板4 等. 
      本文通過對(duì)傳統(tǒng)斜板沉降器的實(shí)驗(yàn)研究 ,并對(duì)斜板沉降器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化 ,在合適的操作條件下使分離效率達(dá)到*  ,從而為工程設(shè)計(jì)提供重要的理論依據(jù).

     1 　斜板沉降器聚結(jié)分離機(jī)理

       斜板沉降器是將淺池原理5 和聚結(jié)原理 6結(jié)合而設(shè)計(jì)的.由于斜板的加入 ,使液滴沉降時(shí)間變短 ,從而提高分離效率.水平流動(dòng)的液2液兩相流 ,通過裝有斜板的分層器 ,輕相液滴因浮力作用開始上升 ,zui后到達(dá)斜板開始潤(rùn)濕斜板 ,形成大的液滴 ,并與斜板相互作用 ,zui后形成流動(dòng)層膜.分散相液滴與沿著斜板流動(dòng)的層膜相互作用zui后聚結(jié)在流動(dòng)層膜上 ,完成聚結(jié)過程 ,zui后由斜板沉降器輕相出口排出.連續(xù)相在重力作用下沉降 ,由斜板底部流出 ,zui后實(shí)現(xiàn)兩相分離.分離過程如圖 1 所示.
                                                  
      2 　斜板沉降分離器的分離性能研究

     2.1 　實(shí)驗(yàn)裝置及流程
                                                      
      斜板分離器殼體用有機(jī)玻璃制造 ,這有利于觀察分離過程.為了更換不同角度的斜板 ,分離器內(nèi)板框做成可拆形式. 
     實(shí)驗(yàn)用物系為柴油2水混合物系 ,流體通過離心泵輸送.斜板材質(zhì)是聚四氟乙烯 ,流體流動(dòng)形式為錯(cuò)流流動(dòng).具體設(shè)計(jì)方法參見文獻(xiàn)1. 斜板沉降分離器結(jié)構(gòu)尺寸:長(zhǎng)550 mm ,寬 300 mm ,高 300 mm.

       2.2 　實(shí)驗(yàn)條件

       在一定操作條件下  ,分別對(duì)不同的傾斜角度、板長(zhǎng)、油水混合比、體積流量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比.同時(shí)在操作條件和實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下與不帶斜板的普通重力沉降槽實(shí)驗(yàn)對(duì)比.表 
       1 是不同的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)編號(hào).
                  
                             
      2.3 　實(shí)驗(yàn)分析

       在相同的實(shí)驗(yàn)條件下 ,通過分析斜板沉降器和普通的重力沉降器分離效率 ,說明斜板沉降分離器的分離效果明顯優(yōu)于普通的重力沉降槽.通過改變斜板傾斜角度和斜板長(zhǎng)度 ,對(duì)斜板沉降器結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化. 
     實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按Grubbs7 法進(jìn)行取舍 ,置信度取 95 %. 用 Matlab 進(jìn)行曲線擬合回歸 ,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用三階多項(xiàng)式擬合.油相含油量用采樣瓶測(cè)量 ,水相含油量則用分光光度計(jì)測(cè)量.在實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)定前 ,先把水和少量的油按不同的混合比配合 ,通過分光光度計(jì)測(cè)量每種配比在某一波長(zhǎng)油的吸光度 ,然后做成標(biāo)準(zhǔn)曲線 ,這樣再用分光光度計(jì)測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ,得出測(cè)量結(jié)果曲線 ,然后和標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)照 ,得出水相含油量.

       2.4 　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

       通過比較實(shí)驗(yàn)編號(hào) Ⅰ和普通重力沉降槽的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖 3） ,在相同的操作和實(shí)驗(yàn)條件下 ,比較油相含油體積分?jǐn)?shù)  ,發(fā)現(xiàn)斜板沉降器的分離效果明顯優(yōu)于不帶斜板的普通重力沉降器.
                          
                               
     3 　斜板沉降器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

      由于影響斜板沉降器分離效率的因素很多 ,且各因素之間相互影響 ,因此對(duì)斜板沉降器的各參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化就顯得很重要.在操作條件一定的情況下 ,筆者通過實(shí)驗(yàn)研究斜板結(jié)構(gòu)參數(shù)并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化 ,從而提高了設(shè)備利用率 ,使得分離效果能達(dá)到*.本實(shí)驗(yàn)分離度定義為:從混合物系中分離的油量占原料中總油量的體積分?jǐn)?shù).

      3.1 　斜板傾角

      斜板上流動(dòng)層膜的聚結(jié)受到很多因素的影響 ,其中斜板傾斜角度影響比較明顯 ,斜板傾角變大會(huì)引起層膜變薄 ,層膜流速加快 ,液滴在斜板上聚結(jié)時(shí)間就短 ,但另一方面 ,傾角變大會(huì)使層膜的體積流率也變大 ,這不利于液滴在斜板上的聚結(jié) ,因此在合適的條件下可以找到合適的斜板傾斜角度 ,使得分離效果達(dá)到*.本實(shí)驗(yàn)取體積流量為 0.15 m3 / h ,斜板傾斜角度與分離效率的關(guān)系如圖 4 所示.又通過不同混合比分析 ,結(jié)果如圖 5 所示.
                            
                             

       表 2 是實(shí)驗(yàn)測(cè)得斜板板長(zhǎng)為 500 mm、體積流量為 0.15 m3 / h 時(shí)油水不同混合比下的數(shù)據(jù).在本實(shí)驗(yàn)條件下可以得出*的斜板傾斜角度范圍是 20°～30°.
                                     

     3.2 　斜板板長(zhǎng)

      斜板的長(zhǎng)度對(duì)分離效率的影響也很顯著,太長(zhǎng)的斜板固然能增加分離效率 ,但隨著板長(zhǎng)的增加設(shè)備體積增大 ,分離效率并沒有明顯升高,處理量也隨之下降 ,因此在體積流量和其它條件一定的情況下 ,存在*板長(zhǎng).本文選取體積流量為0.1 m 3/ h ,斜板傾斜角度為30°時(shí) ,油水混合比為 1∶3 和 1∶2 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明斜板板長(zhǎng)和分離效率的關(guān)系 ,結(jié)果如圖 6 所示.
                                  
       由圖 6 可以看出隨著板長(zhǎng)的增加 ,在開始階段分離出的油相含油量增加比較快 ,當(dāng)斜板增加到一定長(zhǎng)度時(shí) ,分離效率增加緩慢 ,板長(zhǎng)的增加并沒有明顯增大分離效率 ,在這種情況下再增加斜板長(zhǎng)度就沒有實(shí)際意義.由圖 6 可以看到當(dāng)板長(zhǎng)增加到 450～500 mm 時(shí) ,油相含油量增加緩慢 ,幾乎不再增加 ,所以本實(shí)驗(yàn)確定的*斜板長(zhǎng)度取值 500 mm左右.圖 7 所示為實(shí)驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ不同斜板長(zhǎng)度對(duì)油相含油量的影響.
                                             
       另外 ,進(jìn)料體積流量也是斜板沉降器的重要影響因素 ,體積流量越大 ,擴(kuò)散體系越容易夾帶油相小液滴 ,從而使分離效果越差.由圖 3 可看出當(dāng)體積流量太大時(shí) ,斜板沉降器和普通的重力沉降器分離效果越接近 ,說明斜板的加入沒有起到太大作用.圖 8 為實(shí)驗(yàn) Ⅱ在不同流量下油相含油量的比較.
                                       
      4 　結(jié) 　論

        （1） 通過斜板沉降器和普通的重力沉降槽對(duì)比發(fā)現(xiàn) ,斜板沉降器的分離效果明顯優(yōu)于普通重力沉降槽 ,分離效率可提高20 %左右 ,處理量是普通重力沉降槽的 2～4 倍.
       （2） 對(duì)斜板沉降器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化 ,得出在本實(shí)驗(yàn)條件下斜板傾斜角度*范圍在20°～30°,斜板長(zhǎng)度*值在500  mm左右 ,進(jìn)料體積流量可控制在zui大流量 0.3 m 3/ h.
       （3） 目前斜板沉降器的聚結(jié)分離模型還建立在一定的假設(shè)基礎(chǔ)上 ,實(shí)際上液滴的聚結(jié)受很多因素影響 ,因此 ,對(duì)于液滴的聚結(jié)、層膜的流動(dòng)狀態(tài)以及層膜的臨界厚度對(duì)聚結(jié)分離效果的影響還有待于進(jìn)一步理論和實(shí)驗(yàn)研究.