10化工设计2003，13(6)斜板沉降器的设计吴剑华唐洪涛于驰沈阳化工学院沈阳110042摘要简要叙述了流离倾斜斜板的层膜上的单个液滴的基本聚结原理。着重介绍重力沉降器的设计方法，并指出在设计过程中可能出现的错误。关键词液滴聚结界面扩散体系层膜非均相液一液物系的分离是石油、化工、环保等生产中的重要单元操作。随着现代工业的发展，人们对非均相液一液物系的分离的要求越来越高，某些传统的分离方式已经不能满足要求，因此，人们在不断地探索新的分离模式。早在上世纪六七十年代国外一些学者就提出采用斜板沉降器的理论并做了大量的实验，因为斜板沉降器结构简单，投入低，效率高，因此引起人们的关注。在此基础上，Morrison、Hopper对斜板沉降器进行了实验研究，指出斜板沉降器与传统的沉降器相比具有以下优点：(1)斜板的加入缩短了液滴的沉降距离，增加了聚结面积，提高了处理量和分离效率。(2)增加了板和液滴的相互作用，减少了液体对液滴的扰动，有利于液滴的聚结。(3)由于斜板上层膜的不断流动，使得层膜与扩散体系之间的相界面表面不断更新，减少了表面活性物质的聚集机会。因此，降低了表面活性物质对液滴聚结的影响8。在此基础上，Blass和Meon建立了曳力模型【5J，并建立了有利于聚结的标准。1992年，Rommel、Blass和Meon合作推导了双膜模型等。他们的实际数学推导和实验结果基本符合。但是，由于模型建立和推导过程中使用了很多的假设，因此与实际应用有一定的差距。另外，也由于在实际应用过程中缺乏数据和利用该模型计算太繁琐使得板式分离器的设计应用缓慢。针对这种情况，美国石油协会(API)通过大量实验建立一套经验公式。同时，J．M．柯尔森也在大量实验基础上建立了力学模型，简化了复杂的设计过程，但是否能在众多的设计中能保持他的理论初衷的正确性还有待于实践的检验。笔者在进行沉降器的设计过程中做了大量的实验，并综合了API和J．M．柯尔森观点的长处设计制作出重力沉降器，并将其应用到生产实际中，这一突破对我们今后的设计应用具有极大的指导作用。1聚结机理平板装置现正在成功地应用于固一液和液一液系统的工业沉降器的液滴聚结辅助装置，其目的是提高扩散液体的分离速度，如图1所示。A广BrA一^图1用于液一液分离的重力沉降罾1．稳定室2．分层器3．重相液位控制出IZl4．轻相液位控制出IZl5．重相出IZl6．轻相出IZl这些装置由平行斜板组成，这些板被安装在分层器内。被分离的液体流经进料管进入分层器后，扩散的液体被导向通过一个短的稳定室，然后，进入一个分布器(即左立板)，进入实际分离装置(分层室)，该分层室内容纳有45。斜板(见图1剖视图A—A)。在液一液扩散分离过程中，轻的液滴由于浮力的作用开始上升，在开始阶段湿润板，形成大液滴，并与斜板相互作用，最后形成基元流束，在板上形成细流薄膜(如图2)。·吴剑华：教授。1987年毕业于天津大学化学工程专业。曾多次获奖，发表论文10余篇。联系电话：(024)89388221。维普资讯http://www.cqvip.com吴剑华等斜板沉降器的设计11扩散相OQ2。．图2液一液扩散平板装置的液滴分离注：扩散体系实际上是垂直于该图的页面流动在板的下面，层膜以流束或在主液面界面被分离出的大液滴的形式流离板。连续的液滴停留在流动薄膜上，浸入薄膜内，并撞击层膜，与板产生相互作用，在随层膜运动过程中，液滴破裂，与层膜溶为一体而流离板，这样就形成聚结过程，分散相的液滴就会脱离主界面最终进入它的澄清的母液中。这样就阻止了表面活性剂在流动薄膜上(或层膜)的聚集，因此，同一物质的聚结过程能极大地得到推进而不被液体涌动影响，使聚结过程得到加快。在分层器出口处就可以得到两种清液相。2设计原理2．1API设计方法该方法是根据最低限度分离伽．0015mm液滴的原则制定的。该原则实际上是避免了由于液滴直径的未知而引起的设计不便和大量的实验。通常用的AP1分离器分离水中的游离油，分离效率可达65％～99％，它的设计方法考虑了比例长度和湍流效果，但忽略了液滴的变形和内循环，并以斯托克斯定律的终端速度来计算2。对于低粘度(小于0．005Pa·s)的纯液体，可按以下步骤来计算曳力系数的值。(1)假定曳力系数...
