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蒸发计算中温度差损失温度? 现在在看书学习中,有这么一句话:“溶液中含有不挥发的溶质,在相同条件下,其蒸汽压比纯水的低,所以溶液的沸点就比纯水的要高,两者之差称为因溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高”,最好帮忙多说些这个温度差损失的话题吧,多听听,也许新手们都能好理解点,尤其像我这种外行的 呵呵 谢谢查看更多 2个回答 . 3人已关注
出个题目,请大家给个主意? . 假定某企业的甲醇 内浮顶 储罐 内浮盘 高度为 1.5 米,将低 液位报警 值设置为 1.3 米,是否正确。 查看更多 9个回答 . 4人已关注
分程隔板厚度问题? 碰到一个 换热器 ,想不清楚,求助各位盖德。 1.换热器分程隔板两侧走的不是一股流体,两侧是两个腔体,除了要考虑分程隔板厚度,还需要注意什么? 2.计算分程隔板厚度,按表7,a,b分别代表什么?B值如何取? 希望帮忙解答一下,谢谢大家了!查看更多 12个回答 . 4人已关注
往复式压缩机上的填料油? 问一下, 往复式压缩机 上那每一边上都有四个红色的注油点,有个学长告诉我注的是填料油,问一下,这个填料油是干什么的啊?起什么作用?查看更多 8个回答 . 2人已关注
干熄焦蒸汽对人体有伤害吗? 我们厂锅炉全部停用了, 洗澡用的热水是用干熄焦蒸汽 直接打到水里加热的,听说 干熄焦锅炉中要加几种药 ,这样产生的蒸汽用来打水洗澡,不知道 对人体有没有伤害 呢? 查看更多 10个回答 . 4人已关注
氯乙烯合成高沸残液中1,1—二氯乙烷的分离? 氯 乙烯 合成高沸残液中1,1—二 氯乙烷 的分离 .......................查看更多 0个回答 . 4人已关注
请教一化合物的中文? < ><A>2-Cyanoacetylcarbamic acid, ethyl ester</A></P> < >CAS No:6629-04-5</P> < >有朋友知道的,请告知.谢谢!</P>查看更多 3个回答 . 3人已关注
长炼20万吨级液相循环加氢技改进入第三阶段? 由抚顺石化研究院、洛阳工程研究院、长岭分公司共同开发实施的中国石化“十条龙”科技攻关项目之一——长炼20万吨级液相循化加氢技术(SRH)第三阶段实验全面进入技术改造。目前,装置工艺图纸优化已经结束, 反应器 流向改造、管道和仪电拆除、部分故障设备处理已陆续铺开。 据悉,液相循环加氢前两个阶段的“工业化”实验,已经按预期设计标准实现, 柴油 等油品分析指标均达到欧IV标准,各操作参数、质量参数完全处于受控状态。在以原料、工艺技术论证为主要标志的第一、第二阶段工业实验中,长炼负责该项目的作业单位多次联系技术攻关研发单位及相关部门,充分讨论合作、科学组织协调,并充分发挥原有技术操作优势,在确保平稳操作的前提下,不断加快寻找理论数据论证点,保证了第三阶段技术改造顺利实施。 此次改造由长炼通达公司、炼油二部承担落实施工,改造后将逆向改变原加氢反应工艺流向,进一步论证液相循环加氢技术的可实施性和推广性,将为我国液相加氢炼油工艺提供新的技术平台,为我国清洁 环保油 品生产带来突破性的引导。查看更多 7个回答 . 1人已关注
并流换热与逆流换热的区别? 对数温差大小不一样查看更多 6个回答 . 4人已关注
aspen flash3的问题? 本人刚接触aspen,请教各位高手达人们,用分离模块下的FLASH3时,不指定关键组分以及指定不同关键组分时,模拟结果中各相的组成为什么会有变化啊?查看更多 0个回答 . 1人已关注
微动力学混凝沉淀工艺理论与技术? 共享推荐资料: 微动力学混凝沉淀工艺理论与技术 徐立群 吉林省长春市 吉林大学环境与资源学院 博士后 [ 摘要]混凝沉淀工艺理论的发展与相关学科的最新进展密切相关,本文在介绍微水动力学粒子运动理论研究的基础上,总结了混凝沉淀工艺动力学改进历程,运动学力学介绍基于微水动力学理论的新型混凝沉淀工艺-微动力学混凝沉淀工艺理论和技术。该工艺包括三个工艺过程,分别是列管式混合工艺、翼片隔板絮凝工艺、接触絮凝沉淀工艺。微动力学混凝沉淀工艺已应用于全国近百座水厂,已取得了良好的经济效益和社会效益。 关键词:环境工程 微水动力学 混凝 沉淀 絮凝 混合沉淀过程中,大量存在的是 10-7m 至 10-3m 粒子,这些粒子在混合沉淀过程中运动、碰撞、凝聚、破碎和沉淀,同时发生复杂的物理化学反应。迄今为止,关于这些过程的动力学描述仍然以传统的速度梯度理论、相似理论和浅池理论为主。随着混凝沉淀工程实践的发展,速度梯度理论、相似理论已不能满足要求,提高沉淀效率也需要沉淀理论进一步发展,这就有必要探讨动力学机理,并推出新的高效节能、效果优良的工艺技术。 一、 紊流中粒子的凝聚 混凝沉淀工艺过程是紊流中物理化学反应过程,涉及的流动状态和粒子尺度,基本处于流体微水动力学研究范围内。微水动力学是新兴的边缘学科领域,仍不为水处理领域学者所熟知。 1970 年, Batchelor 提出,含有 10-7m 至 10-4m 粒子的流体动力学行为,不仅在理论方面有重大的研究价值,而且与传统的S tokes 粘性动力学方法有重大区别,应自成体系,并建议该领域称为微流体力学( Microhydrodynamics )或微水动力学。微水动力学之所以成为一个需单独研究的学科领域,是因为粒子在紊流中的运动极其复杂,紊流本身就是本世纪最难攻克的课题之一,效益力学在紊流中运动的粒子的行为更加难以研究。微水动力学是研究流体中粒子运动的专门学科,其发展受紊流研究认识和技术手段的限制,一直处于理论研究阶段,笔者针对粒子的凝聚做了深入的理论研究[1],这些成果对实际应用具有指导意义。 研究粒子凝聚,首先需了解影响凝聚的因素。水流中的粒子凝聚受如下因素的影响:(1)粒子自身的性质。如粒度、密度等性质,这些决定了粒子随水流运动的性质;(2)粒子间的作用力。粒子自身的化学特性决定了粒子运动到一定距离时的力的作用,并影响到粒子运动;(3)紊流微结构。对紊流中运动的粒子来讲,宏观的流场并不重要,其运动行为主要与粒子周围的流场、压差和紊流微结构有关。 在考虑以上因素的基础上,用频谱分析、频域和时域分析,结合紊流周-黄涡旋模型,对粒子跟踪特性和粒子凝聚过程的研究指出[1],紊流中粒子的凝聚主要分为梯度凝聚、惯性凝聚和热力学凝聚。对不同性质的粒子,三种凝聚机理哪种起主要作用需根据具体情况确定。通常,水中的凝聚过程是梯度凝聚和惯性凝聚共同起作用的结果。对给定的粒子,何种紊流凝聚机制起主要作用,取决于粒子对流场的跟踪能力。粒子对流场的跟踪能力受流场的脉动频率、流体粘度、粒子粒径粒径于流体动力学ion sediment flocculation New和密度影响最大。 粒子碰撞的研究得出了不同类型粒子在紊流中碰撞的定量结果,可计算粒子碰撞次数和粒子碰撞率[1],为控制紊流中粒子的运动指明了方向。流体力学控制理论的成熟为控制粒子凝聚提供了理论和技术指导,这些为更精细控制粒子凝聚过程和形成新的粒子凝聚型式提供了条件。 二、 混凝沉淀工艺技术型式的动力学改进历程 混凝沉淀工艺是目前给水处理、中水处理和部分污水处理的核心工艺,主要包含混合、絮凝、沉淀三个工艺流程,它承担着水处理中 95% 以上的负荷,已有 150 余年的历史。混凝沉淀工艺中,对指定的絮凝剂,影响处理效果的主要是动力学控制方式和方法。混凝沉淀动力学控制方式由流动边界决定,与工艺池型密切相关。为改进混凝沉淀工艺控制方式和方法,需了解这些工艺的动力学发展历史和现状。混合、絮凝、沉淀工艺分别经历了不同的动力学演进过程和不同的工艺改进模式,分析如下。 (一)混合工艺动力学改进历程 混合过程是向水中投加絮凝剂,絮凝剂水解产生复杂的水解产物,水解产物运动至紊流中胶体粒子表面,使胶体粒子脱稳,并凝聚成微小絮凝体的过程。 水处理工艺发展初期,混合过程的重要性并未得到充分认识。工程上,絮凝剂(如明矾或硫酸铝)被简单投加于加压泵的前端,利用水泵的搅拌作用完成混合过程,这是最初的混合模式――水泵混合。水泵混合对水泵的腐蚀比较严重,因此,出现了把絮凝剂投加在管道中,利用一定长度的管道完成混合,称为管道混合。管道混合已经提出明确的混合概念。目前,管道混合方式仍在应用。在管道混合应用过程中,工程师们发现,不同的管道流速和混合时间会产生不同的效果,开始有意识地控制这两项参数,这种改进过于缓慢。跌水混合可能是基于对气水激烈掺混状态的认识而提出的混合方式,其控制参数是经验性的和感性的。 [wiki]机械[/wiki]搅拌混合池的出现标志着对混合流体动力学机制有了一定的认识。研究者提出用可以表征混合池中流体紊动状态的参数控制机械搅拌混合的效果,提出诸如 Fr 数、 Re 数等混合状态控制参数。目前普遍应用的 静态混合器 大概是基于上述认识并考虑应用方便产生的混合方式,这种混合方式在管道中设置的类似桨叶、螺旋等阻力装置,改变流动的速度和方向,增加能耗,以获得理想混合效果。 截至今天,专业书籍中混合动力学控制参数仍仅为水头损失和混合时间,至多考虑水流消耗的平均功率,对混合动力学的理解仍不够深刻。 (二)絮凝工艺动力学演变 絮凝过程是提供合适的流体动力学条件,使混合过程形成的微小絮体凝聚长大至沉淀所需尺度和密度的过程。 絮凝过程对水处理工艺处理效果的影响很大,在絮凝工艺出现之初,就得到了足够的重视,因此絮凝动力学的理论研究文献较多。目前,絮凝形式多种多样,但主流控制理论仍为 Camp&Stein 提出的速度梯度理论[2]。速度梯度理论的基础是层流的速度梯度理论,其基本假设如下:粒子跟随性很好,随水流一同运动,无滑差。在基本假设下,邻近流层中的粒子,中心距离d小于粒子半径之和,如给以足够长的时间,最终一定可以碰撞。在层流基础上,通过一个瞬间受剪扭曲的单位体积水流模型,建立了速度梯度的紊流理论。速度梯度理论认为,絮凝的效果与絮凝设备中的水头损失、水的运动粘度、水流在絮凝设备中的停留时间有关。应该指出,速度梯度理论的基本假设是有问题的。根据微水动力学的观点,粒子与流场之间总是存在着相位差,即滑差。对絮凝池中的粒子,这一滑差只有在粒子尺度极小、密度与水流接近的状态下,方可忽略。流体流动的层流与紊流在流动特性上存在质的差别,流速理学紊流是有大大小小的涡旋构成的,这些涡旋在紊流中运动的过程中,不断产生、衰减、湮灭,同时存在着跃迁等复杂的运动机制,简单地认为层流的速度梯度理论可以用于紊流是根本不行的。尽管如此,速度梯度理论在很长时间内指导了混合池和絮凝池的设计施工工作。 絮凝动力学控制手段与絮凝池池型密切相关,絮凝池发展过程中,衍生了不同的絮凝池型,包括水力旋流絮凝池、往复式隔板絮凝池、迴转絮凝池、网格絮凝池、波纹板絮凝池、孔室絮凝池、格网和栅条絮凝池等水力池型和机械搅拌池型(机械搅拌絮凝池)。应该指出,这些池型上的改进和演变是有一个过程的。在此过程中,总结了工程经验和研究工作者的认识,但可以认定并不是在速度梯度理论的指导下完成的。为了说明这个问题,需具体分析絮凝池类型。 按流体在絮凝池中的运动方式,絮凝池池型可分为如下几类:(1)水平流动或垂直流动池型,此种型式的絮凝池只通过流道控制絮凝流动状态,以往复式隔板絮凝池、迴转絮凝池、网格絮凝池、折板絮凝池为代表;(2)旋流池型,以旋流絮凝池、孔室絮凝池和机械搅拌絮凝池为代表;(3)导流机构池型,在流道中按经验设置导流机构,以波纹板絮凝池、栅条和格网絮凝池为代表。下面逐一分析每种絮凝型式的进化和演变。 1. 水平流动或垂直流动池型 水平流动的往复式隔板絮凝池出现最早,其控制参数一般按宏观流体的相似准数确定。在实际应用中,发现絮凝池的转弯处似乎对絮凝效果的影响很大,因此首先研究转弯的形式,于是出现了弯角 90o 的迴转絮凝池和隔板长度较短的往复式隔板絮凝池。为设置转弯的流动距离,把水流方向改为上下流动,形成了网格絮凝池。折板絮凝池则干脆改变流道边壁的形状为弯折的形状,以改变局部水流速度和水流方向。但这些改进与速度梯度理论却无必然联系。 2. 旋流池型 最早出现的旋流池型是水力旋流絮凝池,它是一个圆锥体,水流自圆锥体底部(锥尖)沿切向流入絮凝池,在水流旋转上升流动的过程中速度无级变缓,取得了良好的絮凝效果。其后发展的孔室旋流絮凝池和机械搅拌絮凝池应是受烧杯试验和水力旋流絮凝池的启发而产生的,这些池型中,水流成柱状的流动,只是控制和引导流动的机制稍有差别。旋流絮凝池的参数选定和设计主要是按经验选择的,一般控制絮凝池单体入流速度和池体尺度,速度梯度理论的指导作用已变得很小。另外,旋转流体从流动机制和力的特征上与水平或垂直流动的一般流体有质的差别。速度梯度理论无法指导该池型的改进并给出合理的解释。 3. 导流机构池型 为进一步强化絮凝效果,我国研究者试着在水平和垂向流动的絮凝池中增加导流机构。最先出现的是昆山网格絮凝池中加装栅条,试验取得了成功,由此衍生出新一代絮凝池,即栅条和格网絮凝池。几乎在同时出现的波纹板絮凝池,是按照折板絮凝池的小型化构想提出的,还是按在水流中设置导流机构的思路成型的,已无法证实。由于波纹板起到了改变局部水流状态的作用,这里把它归类为导流机构池型。 对导流机构池型,导流机构已完全改变了流动的宏观动力学参数,此时,依速度梯度理论控制的功率消耗 P 值未发生大的变化,然而絮凝时间已经由 20 分钟降至 12 分钟,絮凝时间大大缩短,絮凝效果明显改善。设置导流机构引起如此大的絮凝效果差异,速度梯度理论无法给出的合理的解释。 回顾絮凝池演变过程,探索的脚步从未停止,实践引导着絮凝池的不断改进。絮凝池的改进总方向一直是围绕着改变紊流结构进行的。无论是设置转弯、使水旋转流动,还是设置导流机构和改变流动边界的方法,实质都是改进絮凝池内的紊流结构。由此可见,紊流结构的研究决定着絮凝效果,按絮凝的要求控制紊流结构,才能形成更理想的絮凝方式。絮凝池的相似放大和缩小一直困扰着水处理工作者,控制絮凝结构是解决这个问题的基石。 (三)沉淀工艺发展回顾 沉淀过程是提供动态的流动空间,使混凝过程形成的絮体在重力作用下沉降,实现固液分离的过程。 沉淀过程的动力学机制极少见诸于文献,其实在沉淀过程中,粒子同样受水中各种力的作用,有着复杂的运动。由于水中粒子的存在,沉淀池不能简单视为纯净流体,沉淀池大部分沉降粒子粒径达到毫米量级,其沉降过程对其他粒子有极强的干扰,是一个复杂的动力学过程。 沉淀理论是建立在理想沉淀池基础上的,最初的池型是平流沉淀池。浅池理论提出以后,发展了斜板和 斜管沉淀池 ,最新的池型为日本丹宝宪人提出的迷宫沉淀池。近些年沉淀池型式仅限于局部改进,如改变集配水方式和斜板(管)沉淀池的进出水流向等。改进集配水方式,形成了指形集水的平流池。改变斜板、斜管沉淀池的进出水方向,形成了异向流斜板(管)、同向流斜板(管)和侧向流 斜板沉淀池 型。 应当指出,工程实践中,不存在理想沉淀池。平流池中紊动强烈,斜板和斜管沉淀池中也存在着极强的脉动。根据丹宝宪人的研究,斜板池中,由于粒子在沉淀过程产生的绕流雷诺数高达 2000 ,粒子周围并非层流。沉淀过程中,不是单个的粒子在纯净的水中完成沉淀过程,而是复杂的干扰沉淀过程,属多相流动。除此之外,沉淀池中的接触絮凝作用也不容忽视。接触絮凝作用是水流运动过程中由于不同尺度的絮体存在速度差,导致旧的絮体与新进入沉淀池的絮体接触碰撞形成的。接触絮凝作用发生在平流池的底部,异向流斜板的下部和侧向流斜板的底部,其中,异向流斜板的接触絮凝作用相对较强。 迷宫沉淀池是对传统沉淀理念的挑战。平流沉淀池、斜板(管)沉淀池均是建立在重力为主要分离作用力的基础上的。迷宫沉淀池是沿侧向流斜板垂直于水流方向布置翼片形成的。这种沉淀池需合理控制水流流经沉淀池的水平流速,使水流流经翼片与斜板构成的小室,旋转流动,靠水流旋转产生的离心力完成主要的固液分离任务。重力沉淀过程在迷宫沉淀池中成为辅助的沉淀机制,这种沉淀方式摆脱了重力为沉淀过程唯一决定性力的作用,不能不说是沉淀工艺的重大革新。但迷宫沉淀池对设备加工精度要求高,工程成本大,在我国未能流行。 迷宫沉淀池的发展给出启示,改变沉淀效率,应从新的机制着手。 (四) 澄清工艺的产生与发展 严格地说,澄清是混凝沉淀工艺过程的通称,但自 50 年代前苏联人发明澄清池并传入我国后,澄清工艺特指澄清池。从动力学角度看,澄清池的基本原理是:提供一定的絮凝空间,使投药后形成的絮体进入一个水流上向流动的空间,通过在澄清池运转初期形成的悬浮泥渣层,粒子在悬浮泥渣层中接触碰撞,通过接触絮凝作用完成胶体粒子的去除。 为强化接触絮凝过程,通过进水方式、搅拌方式和影响接触絮凝过程形成了水力脉冲澄清池、机械加速澄清池、钟罩式脉冲澄清池等池型。 利用接触絮凝机理去除小的絮体粒子,达到固液分离的目的,具有节约药剂,澄清过程逃逸粒子少的优点。但澄清池悬浮泥渣层的稳定存在受澄清池中流场和水流速度分布的影响较大。这个缺点导致澄清池对水质水量冲击负荷适应性差。冲击负荷也会严重影响悬浮泥渣层的稳定存在,破坏处理效果。悬浮泥渣层中存在着较大粒子的下向运动和小粒子随水流的上向运动,脉冲进水方式影响流经泥渣层的流场和水流速度分布,利用粒子跟随性的变化,可在一定程度上强化处理效果。 悬浮泥渣层中的粒子运动是复杂的粒子干涉运动过程,粒子密度极大,其动力学机制迄今为止,未形成系统研究体系,仍然限于对接触絮凝作用的直接利用阶段。 小结: 综合前述,水动力学改进过程一直伴随着混凝沉淀工艺的改进。这些改进是自发的,没有明确的理论导引,改进的进程和效果仍有待加强,改进的空间很大。微水动力学理论和研究成果、控制方法应用于混凝沉淀工艺有着巨大潜力。 三、 微动力学混凝沉淀工艺技术 混凝沉淀工艺中的絮体粒子自胶体量级至毫米量级,自 10-7m 至 10-3m ,严格说粒子的尺度并不完全属于微水动力学研究领域,而是跨越了从微观、细观至宏观的尺度范围,其运动特性极其复杂。本文认为大粒子具有与微水动力学领域大粒子相同的运动特性,以减少研究工作的复杂性。下文在分析混合、絮凝、沉淀工艺过程动力学机制的基础上,推出新的微动力学混凝沉淀工艺。微动力学混凝沉淀工艺包括列管式混合、翼片隔板絮凝和接触絮凝沉淀。 (一)列管式混合 混合过程中,主要关心如下问题:(1)絮凝剂的扩散速度;(2)絮凝剂水解产物的形成与有效性;(3)絮凝剂是否自身凝结;(4)原水带来的胶体粒子是否大部或全部脱稳;(5)絮凝剂及其水解产物是否均匀分布于水中;(6)混合过程完成后,絮体粒子的尺度是否合乎絮凝过程的要求。其中,(1)、(2)、(5)决定了胶体粒子的脱稳情况,(3)决定絮凝剂的投加量,(6)影响絮凝效果。 絮凝剂的水解情况及水解产物由水质、水温等原水情况和絮凝剂的化学组成决定,这不是本文关注的焦点。为简便起见,下文略去絮凝剂水解产物,絮凝剂及其水解产物简称为絮凝剂。 絮凝剂扩散速度由流体动力学条件决定。在了解絮凝剂在水中的扩散应如何控制之前,首先应分析絮凝剂在水中的扩散类型。 前文已经指出,絮凝剂在水中是以微粒状态存在的,从尺度分类看,其扩散过程可分为宏观动力学扩散过程和微水动力学扩散过程。需注意的是,这两个过程是同时发生的过程,只是视角不同。宏观动力学扩散过程指絮凝剂微粒依紊流扩散方程扩散至水体各个部位。紊流扩散方程扩散系数很大,宏观扩散过程可在瞬间完成。宏观扩散完成了,是否所有的胶体粒子全部脱稳了呢?还需关注微水动力学扩散过程。 胶体粒子是单独的粒子,呈分散系均匀分布于水中,絮凝剂投入水中后,是以单个粒子或液滴的状态存在的,在水中也呈分散系。混合的目的是使絮凝剂粒子与胶体粒子充分接触碰撞,脱稳胶体粒子。因此,仅仅使絮凝剂扩散均匀分布于全部流体中是不够的,更重要的是使邻近的絮凝剂粒子与胶体粒子产生相对运动,以至于接触,这个过程是微水动力学扩散过程。 下面我们把视野由宏观动力学扩散过程转移至微水动力学过程,即把关注的目光由整个流动移至微水动力学的包含数个粒子分布的小区域。这里发生的是类似层流的流动,间或有其他流层的水进入。根据粒子的尺度,微水动力学研究成果指出,粒子的跟随性可以认定很好,因此,可以假定粒子完全随水流一同运动。由于粒子尺度远大于分子尺度,认为粒子受热力学运动的影响也可忽略不计。此时粒子的相对运动情况由如下因素决定:(1)位于不同流线的粒子速度差;(2)不同涡旋中粒子的速度差;(3)流层的跃迁作用。其中(1)是粒子碰撞的梯度碰撞模型。紊流是由涡旋构成的,(2)考虑了不同涡旋其旋转方向不同而引起的粒子运动速度差异。(3)的作用机理目前还不清楚,我们假定它对混合过程的影响因子小于其他两个因素的影响因子一个数量级,忽略不计。这一假定是合理的,因为在流速不是很大的情况下,涡旋跃迁被观察到的情况不多。(1)和(2)的强化是提高絮凝效果的关键,他们都可通过控制紊流涡旋实现。紊流涡旋强度和尺度决定了相邻流层的速度差,涡旋越小,涡旋强度越大,流动的速度差越大,梯度碰撞的几率随之提高。不同涡旋之间的相对运动导致的粒子相对运动由涡旋密度和尺度决定,涡旋跃迁也受涡旋密度的影响,小尺度、高密度的涡旋极大增加涡旋的相对运动。由此可见,混合微水动力学过程要求混合过程中产生高密度、高强度和小尺度涡旋。据此回顾混合工艺的动力学改进过程,用较高的能耗完成混合过程有一定的道理,这是因为,按照紊流理论,紊流能耗的 95% 以上是由小尺度耗能涡旋产生的。但在混合工艺的改进过程中仍应注意,并不是所有的小涡旋都是有效的和需要的,调整涡旋在整个流场的分布密度和强度均匀性,是决定混合过程耗能是否有效和合理的重要因素。 图 1 列管式混合 综上所述,按照微水动力学要求,需要在混合工艺中形成空间分布均匀、高密度、高强度的小尺度涡旋, Talor 早在 1942 年提出的准均匀各向同性紊流可以满足上述要求。 Talor 提出的控制模式是在流道中设置网格,但网格的网眼太小,易于堵塞,网眼太大又不能达到理想的效果。我们考虑了均匀各向同性紊流产生的机制,提出在水处理领域利用列管来实现要求的流态。列管是一系列顺流道布置的管道,其长度和管径、排列的间距均按流体动力学参数控制。水流流经列管时,在管道边壁的边界层作用下,产生一系列的小涡旋。当流速达到一定,这些涡旋脱离边壁,进入紊流核心并衰减,直至产生耗能涡旋而湮灭。在此过程中,在列管内形成准均匀各向同性紊流。在列管尾端,水流流经列管后,产生与管径尺度相当的涡旋群,在其后的流动过程中,涡旋群衰减为准均匀各向同性紊流。这样,形成了新的混合工艺模式――列管式混合(如图1)。 遗憾的是,混合工艺发展至今,仍未形成公认的混合效果评测方法,混合效果的优劣只能从絮凝效果和沉淀效果给出模糊的结论。但有一点是清楚的,好的混合方式能够最大限度利用絮凝剂性能,充分发挥药效,列管式混合可较普通混合方式节约药剂最高达 30% ,从侧面说明了该混合方式的合理性。从与后续工艺的配合来看,结合本文后续讲到的絮凝沉淀工艺形式,获得理想的处理水质亦可以作为明证。 (二)翼片隔板絮凝 絮凝过程与混合过程既有相同点,又各具特点。絮凝过程中的粒子尺度范围从胶体尺度跨越至毫米量级,絮凝过程关心的问题也由混合过程的扩散问题转变为更加关心粒子的凝聚和长大。 研究粒子的凝聚和长大过程,须关注粒子间的作用力。 DLVO 理论是目前公认的粒子间作用力模型,比较复杂的粒子间作用力模型有简单硬球模型、排斥力心势能函数、方阱硬球模型、 Sutherland 硬球模型、白金汉势能模型等。不管何种模型,均承认絮凝过程中,粒子间主要存在三种作用力,它们是 Van der Waals 多分子引力(色散力)、扩散双电层斥力和 Born 斥力。这些力的综合作用在粒子周围形成了势垒或者说排斥能峰。投加絮凝剂可降低胶体粒子吸附电荷数量,达到降低排斥能峰的目的。不管排斥能峰如何被絮凝剂的作用所降低,投加絮凝剂后,排斥能峰仍然存在,并且表现为絮体凝聚所需克服的阻力。絮凝动力学的任务就是为絮凝池中的粒子提供运动接触条件,并提供粒子克服排斥能峰所需的动能。 研究絮凝过程,主要解决如下问题:(1)絮凝池中粒子的接触碰撞次数;(2)絮凝池中粒子的有效碰撞次数。撇开流场不谈,(1)需要在流场中形成粒子时平均状态的最大平均相对运动速度,(2)要求解决碰撞时的相对运动速度差,并保障所提供动能超过粒子排斥势垒,以形成尽量多的有效碰撞。 絮凝池中,由于粒子尺度的增大,不能如混合过程一样忽略粒子的跟随性,需综合考虑梯度凝聚和惯性凝聚。对尺度、密度较小的粒子,粒子跟随性仍然很好,梯度凝聚仍然是主要的,随粒子尺度和密度的增大,粒子跟随性逐渐变差,惯性凝聚成为主要因素。 粒子碰撞和有效碰撞要求粒子之间存在速度差,这个速度差可以通过紊流涡旋利用梯度凝聚和惯性凝聚产生。小粒子随水流一同运动,而大粒子跟随性不好,这样不同粒径和密度的粒子沿水流运动方向产生速度差。在离心惯性力作用下,粒子受到垂直于运动方向的涡旋离心惯性力作用,也会产生速度差,形成碰撞。 强化梯度凝聚和惯性凝聚,以达到强化絮凝效果的目的,解决方法仍归结于紊流涡旋控制。与混合过程不同的是,絮凝池由于粒子尺度的增加,有效涡旋的范围发生了变化。对粒子运动影响最大的是与粒子量级相近的那些涡旋。涡旋的产生与流动空间尺度、流动边界密切相关,与流动速度的关系极大。因此,在絮凝池中需控制涡旋强度和涡旋尺度,使有效涡旋尺度逐渐增大。为防止絮体破碎,还需适当控制流动剪切力,这就形成了絮凝池的水力分级机制。 研究絮凝过程还需注意,絮凝研究主体是絮凝池中的絮体粒子,在絮凝池缩放的过程中,要保持的是絮体粒子所处流场结构的相同或相类,方能获得相似的絮凝效果。在以往的絮凝池缩放过程中,通常按照宏观流体相似理论考虑缩放尺度,把絮凝池体作为研究对象,在絮凝池体缩放的同时,絮体粒子未变化,从根本上违背了相似理论要求的几何相似,按动力学相似准则,动力学相似完全不能实现,因此也就不能获得理想的絮凝效果了。 综合以上因素,形成了新型的絮凝池控制工艺――翼片隔板絮凝设备(如图2)。它综合考虑了试验成果和紊流涡旋的控制机制,在絮凝池流道中设置隔板,并在隔板上增设翼片。隔板分隔了流动空间,使流动状态参数基本接近试验参数,隔板上设置的翼片可以看成是隔板表面粗糙度的强化,水流流经翼片,产生涡体,并脱离边 图 2 翼片隔板絮凝 壁进入紊流核心。在这样的控制方式下,最佳絮凝时间缩短至 4 分钟,工程应用已有 5 分钟的实例,絮凝效果和絮凝效率的提高是极为显著的。 与混合一样,絮凝工艺尚未发展出良好的检测方式。通过烧杯取样的静沉对比试验,絮体沉速较常规对比样沉淀速度明显增加,絮体粒度均匀、颜色深,沉淀效果是理想的。 (三)接触絮凝沉淀 沉淀池的任务是实现固液分离。衡量沉淀池效果的最主要指标是沉淀去除率。前文已经指出,斜板(管)沉淀池的理想沉淀条件是理想沉淀池,即沉淀空间中的流态应尽量接近层流。沉淀池目前存在的最大问题是脉动,为提供良好的沉淀条件,首要的是限制沉淀池的脉动。流体动力学指出,限制脉动需限制流动空间尺度,结合沉淀池的结构及浅池理论,减少斜板间距可在限制脉动的同时,缩小沉淀距离,可取得很好的沉淀效果,这样形成了小间距斜板沉淀工艺。 图 3 沉后水随时间与负荷变化曲线 受工程条件的限制,斜板间距的缩小受斜板排泥的限制,仅能缩小至一定尺度,必须寻求新的解决办法。在小间距异向流斜板沉淀池的负荷试验中发现,严格控制混合、絮凝条件不变,随沉淀池负荷的增加,沉淀池处理水逐渐变好,最终突然变差的规律(如图3),这与单纯的沉淀机理规律不符,一定存在其他作用机理。机理分析认定是异向流斜板中存在的较强的接触絮凝作用。保持其他条件不变,随小间距异向流斜板运转时间的延长,保持沉淀池不排泥,沉淀池出水转优,可间接证明这个结论。 沉淀池最需要控制的是小絮体的泄漏。因为在沉淀模式下,大颗粒的沉淀分离效果很好,影响沉淀池出水的主要是不能通过沉淀去除的小絮体颗粒,引入接触絮凝机理,利用悬浮絮体形成的泥渣层截留细小絮体粒子,成为新的沉淀池型式指导思想。 沉淀池斜板(管)单元形成悬浮泥渣层应有如下的特点:(1)悬浮泥渣层应很快形成;(2)悬浮泥渣层应有自我更新机制;(3)不能堵塞斜板(管)。 巧妙的构思解决了在单个斜板沉淀单元中强化接触絮凝作用的想法,这是一种全新的单元型沉淀方式――接触絮凝斜板沉淀工艺(如图4)。如图4所示,在斜板沉淀单元下部,用肋板限制流动空间,使水流上升流速 V 大于斜板沉淀区的水流上向流动分速度 Vy 。在这种新型斜板的功能分区上,上部空间为小间 图4 接触絮凝斜板 距斜板,沉淀初期的絮体粒子在重力作用下沉淀,克服 Vy ,以速度 Vd 沉降至斜板表面,沿斜板下滑至接触絮凝区,受上向水流 V 的顶托作用,絮体不能脱离斜板空间,在水流裹挟下,向上运动,再次在沉淀作用下进入接触絮凝区。只有絮体粒子长大至一定尺度和粒度,上向流速V小于该粒子重力作用下的沉降速度时,絮体粒子才能脱离分离单元,沉入沉淀池积泥区。斜板下部是整流段,垂直设置,它过滤掉沉淀池流动中的大涡,减少沉淀区水流的脉动,并保障水流流线平行,流速均匀,以利于悬浮泥渣的稳定存在。悬浮泥渣通过微水动力学的复杂碰撞机制,完成新旧絮体粒子的粘合去除过程。 应用这种新型沉淀池,处理低温低浊水和高藻水,均取得了良好的处理效果。沉淀池出水可小于 0.5 NTU 。 小结: 本节在充分考虑混凝沉淀过程的微水动力学机制基础上,应用紊流流动控制技术手段,推出列管式混合、翼片隔板絮凝、接触絮凝沉淀工艺基本原理和原理学enxu@vip.sina.com作用机理在起作用,结构形式。 这是微水动力学原理应用于实践的初步探讨,更进一步的改进工作,有待于对动力学机理的更深一步认识。 结 论 本文首次在水处理混凝沉淀领域,引入微水动力学概念和研究成果,从流体动力学角度总结了混凝沉淀工艺过程中的动力学改进历史,在此基础上,考虑水处理工艺特点,推出新型微动力学混凝沉淀工艺的原理和结构形式。 由于微水动力学理论的复杂和研究的困难,对很多问题的认识尚处于探索阶段,随着微水动力学研究的进展,必能更好地指导粒子凝聚领域的工程实践。 参考文献 [1] 徐立群, 湍流中粒子碰撞凝聚的理论研究哈尔滨工业大学,博士论文, 2001 [2] 严煦世,范谨初. 给水工程. 中国建筑工业出版社, 1996,262 作者简介:徐立群吉林大学环境与资源学院 电话:0431-5871801 手机:13904312235 E -mail:liqunxu@vip.sina.com应间池nsrland 查看更多 1个回答 . 1人已关注
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职业:罗赛洛(温州)明胶有限公司 - 给排水工程师
学校:德州职业技术学院 - 化学轻工系
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个人简介:人的一生就是这样,先把人生变成一个科学的梦,然后再把梦变成现实。查看更多
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