【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)旋流，難以達(dá)到錐頂實現(xiàn)分離。顆粒的空間分布隨回轉(zhuǎn)半徑的增大，顆粒粒度相應(yīng)增大。旋流器內(nèi)懸浮液的最大濃度并非出現(xiàn)在器壁處，而是在固體顆粒的軸向零速包絡(luò)面附近，這是由于包絡(luò)面附近顆粒的合速度最小，從而顆粒有聚集的趨勢。處理能力是水旋流器設(shè)備選擇的基本依據(jù)和工藝控制的關(guān)鍵參數(shù)之一。在分離過程中，若某一粒度的顆粒進(jìn)入底流和溢流的幾率相等，則該顆粒的粒度就是分離粒度?？梢罁?jù)平衡軌道理論、停留時間理論、群集理論和兩相湍流理論推導(dǎo)其公式。分離效率：在實際分離情況下溢流中某一粒度物料的增加量與理想分離情況下溢流中該粒級物料增加量之比；增加量是溢流中被計算級別物料的含量與給料中該級別物料含量之比。分離精度：分離精度是衡量分離精確性的數(shù)量指標(biāo)，即：分離效率曲線上對應(yīng)分離粒度處切線的斜率。1）功能多，分離效率高：水力旋流器可根據(jù)實際應(yīng)用的需要在不同場合下使用。目前已經(jīng)研制出氣液固三相分離用水力旋流器，可同時將液體中的氣體和固體雜質(zhì)分離出。在氣固分離方面，用于去除氣體中的粉塵的旋風(fēng)分離器早已使用多年。水力旋流器在應(yīng)用中分離效率可達(dá)90%以上，用途十分廣泛。2）結(jié)構(gòu)簡單：水力旋流器內(nèi)部沒有任何需要維修的運(yùn)動件、易損件和支撐件，也無需濾料。其結(jié)構(gòu)與容器十分相似，管線連接、閥門控制可實時操作。成本低，在處理量相同時只相當(dāng)于其他分離設(shè)備的幾分之一，甚至幾十分之一。3）占地面積小、安裝方便、運(yùn)行費用低：與處理量相同的其他裝置相比，水力旋流器的體積只有其他處理裝置的十幾分之一，重量只有三、四十分之一，這對于許多受空間限制的場合，如海洋平臺等有著特殊的意義。同時，由于重量輕，不需要特殊的安裝條件，只需簡單的支撐及管線連接即可工作。另外，水力旋流器運(yùn)行費用很低，不需要其他動力設(shè)備水力旋流器即可正常運(yùn)行。4）使用方便靈活：水力旋流器可以單獨使用，也可并聯(lián)使用來加大處理量，或串聯(lián)使用增加處理深度。同時還可以根據(jù)不同的處理要求改變其結(jié)構(gòu)參數(shù)以達(dá)到更好的分離效果。此外，由于被處理的液體在水力旋流器內(nèi)的保留時間僅為幾秒鐘，這樣可以很方便地和其他分離裝置聯(lián)合使用，以達(dá)到各種深度的處理要求。5）工藝比較簡單，運(yùn)行參數(shù)確定后可長期穩(wěn)定運(yùn)行，管理方便，有著明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。特別值得指出的是，這種分離過程完全是在封閉的狀態(tài)下進(jìn)行的，凈化后的液體和分離的介質(zhì)均可由管道輸送回收，實現(xiàn)了閉路循環(huán)，不產(chǎn)生二次污染。1）對運(yùn)行條件高：雖然各種水力旋流器的結(jié)構(gòu)相似、分離原理相同，但其應(yīng)用都需根據(jù)處理介質(zhì)的性質(zhì)、進(jìn)料濃度和流量等的不同而專門設(shè)計，并確定其操作條件。它們的分離特性在很大程度上受到進(jìn)料的壓力和混合物的性質(zhì)等因素的影響。2）分離過程為不完全分離：水力旋流器和其它許多分離裝置一樣是不完全分離。同樣是固液分離，當(dāng)顆粒直徑過小時就很難分離，但只要合理確定切割值，完全可滿足工藝規(guī)定的要求。3）水力旋流器內(nèi)部的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動會對分散相液滴產(chǎn)生剪切破碎而不利于分離：水力旋流器中介質(zhì)的分離是依靠液體在其內(nèi)部高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的渦流的作用下實現(xiàn)的。液體在高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時產(chǎn)生剪切力，這種剪切力會使絮凝體或聚結(jié)團(tuán)塊破裂，加大分離的難度。4）高速旋轉(zhuǎn)對旋流器內(nèi)壁會產(chǎn)生一定的磨損：在固液水力旋流器中，固體顆粒在其內(nèi)部高速旋轉(zhuǎn)是，可能會對水力旋流器的內(nèi)壁產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，影響分離效果及使用壽命。如在用水力旋流器處理鉆井泥漿時，堅硬的巖屑會極大地?fù)p傷水力旋流器內(nèi)壁，這曾是水力旋流器使用中的一大難題。當(dāng)然，這一問題現(xiàn)在可以通過新型耐磨高硬度材料的研制而加以改善。當(dāng)混合介質(zhì)由切向入口進(jìn)入旋流腔后，在旋流腔內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流。在后面連續(xù)而來的液體推動下，旋流腔內(nèi)的液體邊旋轉(zhuǎn)邊向下運(yùn)動，其運(yùn)動路徑呈螺旋形。旋轉(zhuǎn)的液體向下進(jìn)入圓錐段后，旋流器的內(nèi)徑逐漸縮小，液體旋轉(zhuǎn)速度相對加快。由于液體產(chǎn)生渦流運(yùn)動時，沿徑向方向的壓力分布不等，軸線附近的壓力趨于零，成為低壓區(qū)，而在器壁附近處壓力最高。同時由于水力旋流器內(nèi)底流口徑最小，使液體無法全部從底流管排出。在旋流腔 圖72水力旋流器的結(jié)構(gòu)簡圖頂部由于開有一溢流口含固體顆粒的懸浮液在水力旋流器內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，懸浮于液體中的固體顆粒及液體都受到了離心力的作用。由于兩相介質(zhì)的密度差，使兩相介質(zhì)所受的離心力不同，輕質(zhì)分散相（水及少部分顆粒）向軸線附近的低壓區(qū)移動，聚集在軸線附近，邊旋轉(zhuǎn)邊向上做螺旋運(yùn)動，形成內(nèi)旋流，最終從溢流口排出；由于固體顆粒也受到離心力的作用，當(dāng)該力大于顆粒運(yùn)動所承受的液體阻力時，固體顆粒將克服阻力作用而向水力旋流器邊壁移動，與液體分離開，并在后續(xù)液流的推動下，分離出的顆粒（及一部分水）則由底流口排出。用于固液分離的水力旋流器的基本結(jié)構(gòu)如圖72所示。第I部分是旋流體，也是主體部分，通常是由上部的圓柱段與下部的圓錐段組成。圓柱段稱為旋流腔，液體從切向入口進(jìn)入旋流腔內(nèi)產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)的液流。旋流腔的直徑D是水力旋流器的主直徑，直徑 D的大小不但決定了水力旋流器的處理能力，而且也是確定其它參數(shù)的重要依據(jù)。旋流體長度是旋流腔長度和圓錐段長度兩段之和。圓錐段的錐角為θ，其大小影響水力旋流器分離固體顆粒的能力。第II部分是水力旋流器入口，其直徑用表示。它在旋流腔的切向與旋流腔相連。根據(jù)入口管數(shù)量不同，有單入口、雙入口和三個以上多入口之分；入口形式主要有渦線型、弧線型、漸開線型等，其目的都是為了減少入口處液流的沖擊，使液流容易在旋流腔內(nèi)形成高速旋轉(zhuǎn)的渦流，并具有穩(wěn)定的流場。入口橫截面形式主要有圓形和矩形等。當(dāng)截面為非圓形狀時，其入口直徑則是指其當(dāng)量直徑。第III部分是水力旋流器溢流管，即低濃度液體介質(zhì)出口（固體含量低）。它位于旋流腔頂部的中心處，其內(nèi)徑用表示。溢流管的伸入旋流腔的長度用表示，其大小在不同的設(shè)計中也不一樣，有的設(shè)計中令其為零，即溢流管與旋流腔頂部平齊，不伸入旋流腔內(nèi)。通常情況下應(yīng)將其伸入旋流腔內(nèi)，以降低短路流對旋流器分離效率的影響。 第IV部分是水力旋流器的底流管，即高濃度液體介質(zhì)出口（固體含量高）。它位于圓錐段的下方，其內(nèi)徑用表示，與圓錐段小端直徑相等。旋流體、溢流管和底流管位于同一軸線上，在制造上有較高的同軸度要求，以滿足水力旋流器的分離性能需要。有的固液分離水力旋流器根據(jù)實際情況不設(shè)置底流管。在上述結(jié)構(gòu)參數(shù)之中，主直徑D和圓錐角θ兩個參數(shù)最為重要。這是因為入口直徑、溢流管直徑和底流管直徑均與D成一定的比例關(guān)系，針對不同應(yīng)用的設(shè)計所選用的比例關(guān)系也不同，而旋流體長度是由D和 圖73旋流器直徑與、分離粒度和生產(chǎn)能力的關(guān)系θ決定的。這些參數(shù)中任何一個參數(shù)的變化都會對水力旋流器的性能產(chǎn)生很大的影響。 主直徑的確定 水力旋流器旋流腔的直徑D是水力旋流器的主直徑，直徑D的大小不但決定了水力旋流器的處理能力，而且也是確定其它參數(shù)的依據(jù)。水力旋流器的主直徑直接影響其生產(chǎn)能力和固相分離粒度大小。一般說來，隨著旋流器直徑的增大，其生產(chǎn)能力和分離粒度都將有所增大。這表明不能簡單地利 用幾何相似準(zhǔn)則在實驗室或半工業(yè)實驗廠內(nèi)用小直徑水力旋流器來模擬工業(yè)規(guī)模的大直徑水力旋流器,而應(yīng)借助一些相應(yīng)的換算關(guān)系。水力旋流器的生產(chǎn)能力和分離粒度與直徑的關(guān)系圖如圖73所示。在水力旋流器的設(shè)計過程中，可以根據(jù)設(shè)計規(guī)模及分離粒度要求來選定水力旋流器的直徑。在要求分離粒度粗且生產(chǎn)能力高的場合，一般選選用大直徑的水力旋流器；要求分離粒度很細(xì)時，則選用小直徑的水力旋流器。本次所設(shè)計的流量，顆粒比較大，2000微米，因此，選用大直徑的水力旋流器。根據(jù)圖74選得水力旋流器直徑：1） 入口尺寸入口尺寸的增大會導(dǎo)致水力旋流器的生產(chǎn)能力和分離粒度增大，并能減少磨損。根據(jù)賀杰、蔣明虎的《水力旋流器》，標(biāo)準(zhǔn)固液水力旋流器的進(jìn)水管直徑（或面積當(dāng)量直徑）為： 取：3）溢流口直徑是一個重要的參數(shù)，在入口壓力不變時，在一定范圍內(nèi)增加溢流口直徑會導(dǎo)致生產(chǎn)能力的增加，以及分離粒度的增大。根據(jù)Rietema認(rèn)為，最佳溢流口直徑?。? 取：，取溢流管的結(jié)構(gòu)選薄壁直圓管，它的最大弊端是容易引起蓋下短路，短路流把一些較粗的顆粒直接帶入溢流而不經(jīng)過任何分離，造成溢流產(chǎn)品混入粗粒。為了消除薄壁直圓管對重質(zhì)分散相水力旋流器性能的這些不良影響，或為了水力旋流器用于某些特殊場合，人們提出了許多旋流器溢流管特型結(jié)構(gòu)，如帶環(huán)齒形外壁的溢流管、厚壁的溢流管、漸擴(kuò)形的溢流管、虹吸式溢流管等。4）理論研究和生產(chǎn)實踐都表明，水力旋流器底流口尺寸是影響旋流器性能的關(guān)鍵因素之一。由于固液分離水力旋流器的底流出液量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于溢流，因此底流口直徑要小于溢流口直徑。隨著底流口直徑的減小會導(dǎo)致底流濃度增大到某一限度，分離粒度增大以及分離總效率下降。根據(jù)Hosapon認(rèn)為的最佳底口直徑：來確定。 5）溢流管的伸入長度安裝水力旋流器的溢流管有助于溢流管沿著軸線向上移動。隨著溢流管插入深度的減小，旋流件的生產(chǎn)能力有所增大，而分離粒度則有所減小，增加溢流管的長度可使水力旋流器的分割尺寸增大，可以提高粗大顆粒的分離效率，但降低細(xì)小顆粒的分離效率。一般情況下，固液水力旋流器中的溢流管要向圓柱段內(nèi)插入一定的深度，溢流管的設(shè)置會在一定程度上減少短路流，使一部分顆粒在它通過溢流管底部時較容易進(jìn)入到主流中。Rietem認(rèn)為固體分級和固體回收中，溢流管長度的最佳值在處。一般在固液水力旋流器的設(shè)計中，所采用的溢流管伸入長度在 范圍內(nèi)。為了阻止渦流，溢流管不應(yīng)該與進(jìn)液口的底部平齊或在圓柱體與圓錐體段的連接處平齊。同時溢流管的下端不宜位于柱一維分界面下。基于以上各個因素，本次設(shè)計采用： 6）圓柱段長度 圓柱段即為水力旋流器的旋流腔，是液流進(jìn)入錐段前起穩(wěn)流作用的部分。賀杰、蔣明虎等推薦旋流腔的長度。Will ，并使處理能力增大。褚良銀等近來對水力旋流器內(nèi)固液兩相流場發(fā)現(xiàn)，旋流器柱段是一個有益于固相顆粒分離的有效離心沉降區(qū)，因此他們推薦固液分離用水力旋流器采用長柱型。但是這方面還沒有確切的結(jié)果，由于本次設(shè)計是實驗型的，故取： 7) 水力旋流器的錐體角度 水力旋流器的型式按錐體角度大小可以分三類：長錐型（）、標(biāo)準(zhǔn)型（，嚴(yán)格地說應(yīng)為20176。）和短錐型（）。 錐角是固液兩相的重要分離區(qū)，水力旋流器內(nèi)的流體阻力隨著錐角的增大而變大。在同一進(jìn)口壓力下，由于流體阻力增大，其生產(chǎn)能力要減?。淮箦F角的水力旋流器中，流體的切向速度比小錐角的要高一些，但由于顆粒的停留時間較短，所以其分離粒度隨其錐角的增大而增大，總分離效率降低，而底流中的細(xì)顆粒較小。 當(dāng)顆粒較大時，錐角小的旋流器容易堵塞。由于本次設(shè)計的顆粒直徑為2mm，故選用標(biāo)準(zhǔn)型四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第8章 結(jié)論隨著人類對環(huán)境質(zhì)量要求的提高，同時受水資源短缺和能源危機(jī)等影響，未來的污水處理應(yīng)該向以下方向發(fā)展： （1）污水處理普及率提高。國外城市都在為污水處理普及率達(dá)到100%而努力。 （2）推廣低能耗高性能的污水處理工藝技術(shù)。（3）水處理排放的標(biāo)準(zhǔn)提高。隨著人們生活質(zhì)量的提高，對環(huán)境質(zhì)量的要求也逐步提高，這就使得城市污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)越來越高，除BOD外，對氮磷的去除要求也將提升。（4）多功能的污水處理技術(shù)更為流行。隨著城市的發(fā)展，城市用水的供需矛盾日益突出，污水處理廠不僅要承擔(dān)控制污染的任務(wù)，還要承擔(dān)解決城市水資源短缺的任務(wù)，污水回用量將越來越大。另外，污水處理還要兼顧生態(tài)恢復(fù)，對污水熱能利用的開發(fā)研究也將普及。（5）有關(guān)污水處理的政策更完善。各國對城市污水處理都非常重視，建立專門管理機(jī)構(gòu)以解決城市污水處理問題，污水處理設(shè)施的投資在國民生產(chǎn)總值所占的比例會更大。生物流化床法處理廢水的優(yōu)越性已從