斜板沉降器分离性能的研究

第20卷第3期沈阳化工学院学报Vol.20No.32006.9JOURNALOFSHENYANGINSTITUTEOFCHEMICALTECHNOLOGYSep.2006文章编号:1004-4639(2006)03-0218-04斜板沉降器分离性能的研究侯海瑞,孟辉波,吴剑华(沈阳化工学院,辽宁沈阳110142)摘要:在对斜板沉降分离机理研究的基础上,通过对斜板沉降器的实验研究,在不同的实验条件和操作条件下,分别对斜板沉降器的结构参数和操作参数进行优化,从而找到最优倾角和最佳斜板长度.斜板沉降器参数的优化,为斜板沉降器的工业设计提供可靠的理论依据.关键词:斜板沉降器;聚结;参数优化;油水分离中图分类号:TQ028.4+2文献标识码:A收稿日期:2005-09-08作者简介:侯海瑞(1979-),男,黑龙江兰西人,在读硕士研究生,主要从事高效液液分离装置的研究.随着斜板沉降技术的发展,斜板沉降器已广泛应用于非均相物系的分离,如在固2液分离方面,在一定场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剂的情况下,细微颗粒也能实现沉降分离,故特别适用于食品工业等不能添加絮凝剂的场合.在液2液分离方面,斜板沉降器广泛应用于石油工业中的油水分离,化工方面的有毒废液处理[1],环保方面的废液处理、液体净化等.关于斜板沉降分离理论目前的研究都集中在液滴的沉降,液滴的聚结两方面,对于斜板的材质,Meon和Blass[2]已经过实验试验各种材料的斜板润湿性能.后来的研究主要在斜板的构造方面加以改进,如新型波纹板[3],新型高效复合聚结板[4]等.本文通过对传统斜板沉降器的实验研究,并对斜板沉降器的主要结构参数进行优化,在合适的操作条件下使分离效率达到最佳,从而为工程设计提供重要的理论依据.1斜板沉降器聚结分离机理斜板沉降器是将浅池原理[5]和聚结原理[6]结合而设计的.由于斜板的加入,使液滴沉降时间变短,从而提高分离效率.水平流动的液2液两相流,通过装有斜板的分层器,轻相液滴因浮力作用开始上升,最后到达斜板开始润湿斜板,形成大的液滴,并与斜板相互作用,最后形成流动层膜.分散相液滴与沿着斜板流动的层膜相互作用最后聚结在流动层膜上,完成聚结过程,最后由斜板沉降器轻相出口排出.连续相在重力作用下沉降,由斜板底部流出,最后实现两相分离.分离过程如图1所示.图1液滴在斜板上聚结分离过程2斜板沉降分离器的分离性能研究2.1实验装置及流程实验装置如图2所示.图2实验装置及流程11泵;21油水混合搅拌槽;31高位进料槽;41阀门;51转子流量计;61斜板沉降器;71水槽;81油槽斜板分离器壳体用有机玻璃制造,这有利于观察分离过程.为了更换不同角度的斜板,分离器内板框做成可拆形式.实验用物系为柴油2水混合物系,流体通过离心泵输送.斜板材质是聚四氟乙烯,流体流动形式为错流流动.具体设计方法参见文献[1].斜板沉降分离器结构尺寸:长550mm,宽300mm,高300mm.2.2实验条件在一定操作条件下,分别对不同的倾斜角度、板长、油水混合比、体积流量进行实验对比.同时在操作条件和实验条件相同的情况下与不带斜板的普通重力沉降槽实验对比.表1是不同的实验条件和实验编号.表1斜板沉降器分离性能实验条件实验编号斜板长度L/mm斜板倾斜角度α/(°)斜板间距/mm实验温度/℃油水混合比离心泵转速/(r·min-1)Ⅰ5004520201∶31495Ⅱ5003020201∶31495Ⅲ5001520201∶31495Ⅳ5001020201∶314952.3实验分析在相同的实验条件下,通过分析斜板沉降器和普通的重力沉降器分离效率,说明斜板沉降分离器的分离效果明显优于普通的重力沉降槽.通过改变斜板倾斜角度和斜板长度,对斜板沉降器结构参数进行优化.实验数据按Grubbs[7]法进行取舍,置信度取95%.用Matlab进行曲线拟合回归,实验数据用三阶多项式拟合.油相含油量用采样瓶测量,水相含油量则用分光光度计测量.在实验结果测定前,先把水和少量的油按不同的混合比配合,通过分光光度计测量每种配比在某一波长油的吸光度,然后做成标准曲线,这样再用分光光度计测量实验结果,得出测量结果曲线,然后和标准曲线对照,得出水相含油量.2.4实验结果通过比较实验编号Ⅰ和普通重力沉降槽的实验结果(见图3),在相同的操作和实验条件下,比较油相含油体积分数,发现斜板沉降器的分离效果明显优于不带斜板的普通重力沉降器.图3油相含油体积分数的比较3斜板沉降器结构参数优化由于影响斜板沉降器分离效率的因素很多,且各因素之间相互影响,因此对斜板沉降器的各参数进行优化就显得很重要.在操作条件一定的情况下,笔者通过实验研究斜板结构参数并对其进行优化,从而提高了设备利用率,使得分离效果能达到最佳.本实验分离度定义为:从混合物