摘 　要: 　在對斜板沉降分離機理研究的基礎上 ,通過對斜板沉降器的實驗研究 ,在不同的實驗條件和操作條件下 ,分別對斜板沉降器的結構參數(shù)和操作參數(shù)進行優(yōu)化 ,從而找到*傾角和*斜板長度.斜板沉降器參數(shù)的優(yōu)化 ,為斜板沉降器的工業(yè)設計提供可靠的理論依據(jù).
       關鍵詞: 　斜板沉降器; 　聚結; 　參數(shù)優(yōu)化; 　油水分離
       中圖分類號: 　TQ028.4+ 2 　　　文獻標識碼: 　A

       隨著斜板沉降技術的發(fā)展 ,斜板沉降器已廣泛應用于非均相物系的分離 ,如在固2液分離方面 ,在一定場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 ,細微顆粒也能實現(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合.在液2液分離方面 ,斜板沉降器廣泛應用于石油工業(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 ,液滴的聚結兩方面 ,對于斜板的材質(zhì) ,Meon 和Blass2 已經(jīng)過實驗試驗各種材料的斜板潤濕性能.后來的研究主要在斜板的構造方面加以改進 ,如新型波紋板3 ,新型復合聚結板4 等. 
      本文通過對傳統(tǒng)斜板沉降器的實驗研究 ,并對斜板沉降器的主要結構參數(shù)進行優(yōu)化 ,在合適的操作條件下使分離效率達到*  ,從而為工程設計提供重要的理論依據(jù).

     1 　斜板沉降器聚結分離機理

       斜板沉降器是將淺池原理5 和聚結原理 6結合而設計的.由于斜板的加入 ,使液滴沉降時間變短 ,從而提高分離效率.水平流動的液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后到達斜板開始潤濕斜板 ,形成大的液滴 ,并與斜板相互作用 ,zui后形成流動層膜.分散相液滴與沿著斜板流動的層膜相互作用zui后聚結在流動層膜上 ,完成聚結過程 ,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 　實驗裝置及流程
                                                      
      斜板分離器殼體用有機玻璃制造 ,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. 
     實驗用物系為柴油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 ,流體流動形式為錯流流動.具體設計方法參見文獻1. 斜板沉降分離器結構尺寸:長550 mm ,寬 300 mm ,高 300 mm.

       2.2 　實驗條件

       在一定操作條件下  ,分別對不同的傾斜角度、板長、油水混合比、體積流量進行實驗對比.同時在操作條件和實驗條件相同的情況下與不帶斜板的普通重力沉降槽實驗對比.表 
       1 是不同的實驗條件和實驗編號.
                  
                             
      2.3 　實驗分析

       在相同的實驗條件下 ,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度 ,對斜板沉降器結構參數(shù)進行優(yōu)化. 
     實驗數(shù)據(jù)按Grubbs7 法進行取舍 ,置信度取 95 %. 用 Matlab 進行曲線擬合回歸 ,實驗數(shù)據(jù)用三階多項式擬合.油相含油量用采樣瓶測量 ,水相含油量則用分光光度計測量.在實驗結果測定前 ,先把水和少量的油按不同的混合比配合 ,通過分光光度計測量每種配比在某一波長油的吸光度 ,然后做成標準曲線 ,這樣再用分光光度計測量實驗結果 ,得出測量結果曲線 ,然后和標準曲線對照 ,得出水相含油量.

       2.4 　實驗結果

       通過比較實驗編號 Ⅰ和普通重力沉降槽的實驗結果（見圖 3） ,在相同的操作和實驗條件下 ,比較油相含油體積分數(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 　斜板沉降器結構參數(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 ,因此對斜板沉降器的各參數(shù)進行優(yōu)化就顯得很重要.在操作條件一定的情況下 ,筆者通過實驗研究斜板結構參數(shù)并對其進行優(yōu)化 ,從而提高了設備利用率 ,使得分離效果能達到*.本實驗分離度定義為:從混合物系中分離的油量占原料中總油量的體積分數(shù).

      3.1 　斜板傾角

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

       表 2 是實驗測得斜板板長為 500 mm、體積流量為 0.15 m3 / h 時油水不同混合比下的數(shù)據(jù).在本實驗條件下可以得出*的斜板傾斜角度范圍是 20°～30°.
                                     

     3.2 　斜板板長

      斜板的長度對分離效率的影響也很顯著,太長的斜板固然能增加分離效率 ,但隨著板長的增加設備體積增大 ,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.本文選取體積流量為0.1 m 3/ h ,斜板傾斜角度為30°時 ,油水混合比為 1∶3 和 1∶2 的實驗數(shù)據(jù)說明斜板板長和分離效率的關系 ,結果如圖 6 所示.
                                  
       由圖 6 可以看出隨著板長的增加 ,在開始階段分離出的油相含油量增加比較快 ,當斜板增加到一定長度時 ,分離效率增加緩慢 ,板長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度就沒有實際意義.由圖 6 可以看到當板長增加到 450～500 mm 時 ,油相含油量增加緩慢 ,幾乎不再增加 ,所以本實驗確定的*斜板長度取值 500 mm左右.圖 7 所示為實驗Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ不同斜板長度對油相含油量的影響.
                                             
       另外 ,進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 可看出當體積流量太大時 ,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 為實驗 Ⅱ在不同流量下油相含油量的比較.
                                       
      4 　結 　論

        （1） 通過斜板沉降器和普通的重力沉降槽對比發(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） 對斜板沉降器的結構參數(shù)進行優(yōu)化 ,得出在本實驗條件下斜板傾斜角度*范圍在20°～30°,斜板長度*值在500  mm左右 ,進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分離模型還建立在一定的假設基礎上 ,實際上液滴的聚結受很多因素影響 ,因此 ,對于液滴的聚結、層膜的流動狀態(tài)以及層膜的臨界厚度對聚結分離效果的影響還有待于進一步理論和實驗研究.