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振荡流反应器用于连续絮凝过程的研究

刘细本  
【摘要】:本文回顾了混凝技术的历史和发展现状,分析比较了目前不同絮凝设备的优劣,并对这些絮凝设备的絮凝控制指标进行了分析。分析表明,目前广泛使用的絮凝设备存在着絮凝池结构复杂、内部流场复杂,占地面积大、絮凝反应效率低、反应效果不稳定以及絮凝操作控制的不便等弊病。而基于各种絮凝动力学得到的絮凝控制指标则适用范围和可靠性有限。 振荡流反应器是一种新型化工设备。其内部的挡板加上底部的振荡发生机构的特殊构造在加强质量的传递和能量的传递方面有明显改善作用,在一定振荡条件下,管内流动模式接近平推流。 本文采用无机絮凝剂FeCl_3(1#)以及FeCl_3与高分子絮凝剂聚丙烯酰胺的混合溶液(2#)作为絮凝剂,以嵊县硅藻土原土处理后得到的悬浮液为待处理悬浮液,考察在振荡流反应器中进行连续絮凝的效果。通过测量不同振荡条件下两种絮凝剂得到的絮凝体的沉降曲线以及絮凝体的颗粒粒径分布,考察振荡条件对絮凝效果的影响。试验结果表明,振荡流反应器用于连续的絮凝过程能够得到很好的絮凝效果:在1#絮凝剂作用下,原始悬浮颗粒得到了100倍以上的增长,在2#絮凝剂作用下,原始悬浮颗粒得到了1000倍以上的增长。同时,絮凝的效果受振荡条件影响明显,絮凝的效果随振幅的增加或振荡频率的增加都有明显改善,1#絮凝剂作用时,在St=0.796,Reo=3102时达到最佳絮凝效果;2#絮凝剂作用时,在St=0.796,Reo=5170达到最佳絮凝效果。但絮凝体的体均粒径随综合指标振荡雷诺数的增加出现反复的现象,表明简单的以振荡雷诺数作为絮凝的控制指标并不稳妥。 结合前人所做的振荡流反应器内的流场可视化研究发现,振荡流反应器的絮凝效果是随着反应器内的涡旋所占整个反应器区域的体积百分比的增加而得到改善的,在漩涡的初始产生中,振幅的提高是主要的因素,而在振幅达到一定值时,漩涡的扩散和分布情况则主要是由振荡频率决定的。因此,在振荡流用于连续絮凝过程中,可采用两个无因次量振荡雷诺数和斯特劳数作为絮凝过程的控制指标,而反应器内的絮凝动力可用有效功耗的利用率η与G值的综合指标ηG来表征,停留时间分布可采用多釜串联带级间返混模型模拟。 此外,在使用1#絮凝剂进行絮凝反应时,观察到生成的絮凝体在高振荡雷


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