组合式加药装置Word文件下载.docx
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高径比
一般搅拌罐
液-固相、液-液相
1~1.3
气-液相
1~2
聚合釜
悬浮液、乳化液
2.08~3.85
发酵罐类
发酵液
1.7~2.5
4.2.1.2换热元件
换热元件可以分为两种类型:
夹套式和内盘管式。
4.2.1.2.1夹套式
优先采用夹套,减少容器内构件,便于清洗,不占有效容积。
1)夹套的结构
在容器外侧,用焊接或法兰连接方式装设各种形状的钢结构,使其与容器外壁形成密闭的空间。
此空间内通入加热或冷却介质,可加热或冷却容器内的物料。
介质的流通特点:
载热介质流经夹套与筒体的环形面积,流道面积大、流速低、传热性能差。
提高传热效率的措施:
①在筒体上焊接螺旋导流板,减小流道截面积,增加冷却水流速,见图4-1;
②进口处安装扰流喷嘴,使冷却水呈湍流状态,提高传热系数;
③夹套的不同高度处安装切向进口,提高冷却水流速,增加传热系数。
夹套的结构形式分为:
整体夹套、型钢夹套、半圆管夹套、蜂窝夹套等。
各种碳钢夹套的适用温度和压力范围如表4-2所示:
表4-2各种碳钢夹套的适用温度和压力范围
夹套型式
最高温度/℃
最高压力/MPa
特点
整体夹套
U型
350
0.6
圆筒和下封头包有夹套传热面积大,最常用结构
圆筒型
300
1.6
传热面积较小,适用于换热量要求不大的场合
型钢夹套
200
2.5
沿筒体外壁螺旋布置时,由于型钢的刚度大,弯曲成螺旋形时加工难度大。
蜂窝夹套
短管支撑式
以整体夹套为基础,采取折边或短管加强措施;
提高筒体的刚度和夹套的承压能力,减少流道面积;
减薄筒体壁厚,强化传热效果。
折边锥体式
250
4.0
半圆管夹套
6.4
半圆管或弓形管由带材压制而成,加工方便。
当载热介质流量小时宜采用弓形管
4.2.1.2.2内盘管式
当反应器的热量仅靠外夹套传热,换热面积不够时常采用内盘管。
结构特点:
浸没在物料中,热量损失小,传热效果好,检修较困难。
4.2.1.3挡板与导流筒
1)挡板
作用:
消除打漩和提高混合效果。
安装位置:
一般在容器内壁面均匀安装4块挡板,宽度为容器直径的1/12~1/10。
全挡板条件:
当再增加挡板数和挡板宽度,而功率消耗不再增加时,称为全挡板条件。
全挡板条件与挡板数量和宽度有关。
搅拌容器中的传热蛇管可部分或是全部代替挡板,装有垂直换热管时一般可以不再安装挡板。
2)导流筒
上下开口圆筒,安装于容器内,在搅拌混合中起导流作用。
涡轮式或桨式搅拌器导流筒置于桨叶的上方;
推进式搅拌器导流筒套在桨叶外面,或略高于桨叶。
结构:
通常导流筒上端低于液面,筒身上开孔或槽,当液面降落后流体仍可从孔或槽进入导流筒。
导流筒将搅拌容器截面分成面积相等的两个部分,导流筒直径约为容器直径的70%。
当搅拌器置于导流筒之下,且容器直径又较大时,导流筒的下端直径应缩小,是下部开口小于搅拌器的直径。
4.2.2搅拌器与流动特征
4.2.2.1搅拌器(搅拌机)
1)搅拌器定义:
搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮,是搅拌反应器的关键部件。
2)功能:
提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。
3)原理:
搅拌器旋转时把机械能传递给流体,在搅拌器附近形成高湍懂的充分混合区,并产生一股高速射流推动液体在搅拌容器内循环流动。
4.2.2.1.1搅拌机的安装方式
①搅拌机顶插式中心安装,立式圆筒的三种基本流型:
径向流、
轴向流、切向流。
(a)径向流:
流体流动方向垂直于搅拌轴,沿径向流动,碰到容器壁面分成两股流体分别向上、向下流动,再回到叶端,不穿过叶片,形成上、下两个循环流动。
(b)轴向流:
流体流动方向平行于搅拌轴,流体由桨叶推动,使流体向下流动,遇到容器地面再向上翻,形成上下循环流。
(c)切向流:
无挡板的容器内,流体绕轴作旋转运动,流速高时液体表面会形成漩涡,流体从桨叶周围周向卷吸至桨叶区的流量很小,混合效果很差。
上述三种流体通常同时存在,轴向流与径向流对混合起主要作用,切向流应加以抑制,可以采用挡板可消弱切向流,增强轴向流和径向流。
搅拌机除中心安装外,还有偏心式、底插式、侧插式、卧式等安装方式(见图4-2),不同方式安装的搅拌机产生的流型也各不相同。
图4-2搅拌器在容器内的安装方式
4.2.2.1.2搅拌器分类、图谱及典型搅拌器特征
4.2.2.1.2.1搅拌器分类
搅拌器可按照流动形态、结构、搅拌用途等方式分类,但是桨式、推进式、涡轮式和锚式搅拌器在搅拌反应设备中应用最为广泛,据统计约占搅拌器总数的75~80%。
4.2.2.1.2.2几种常用搅拌器
1)桨式搅拌器
结构特征:
结构最简单,叶片用扁钢制成,焊接或用螺栓固定在轮毂上,叶片数是2、3或4片,叶片形式可分为平直叶式和折叶式两种。
图4-3桨式搅拌器
主要应用:
优点:
①液—液系中用于防止分离、使罐的温度均一,固—液系中多用于防止固体沉降。
②主要用于流体的循环,由于在同样排量下,折叶式比平直叶式的功耗少,操作费用低,故轴流桨叶使用较多。
③也用于高粘流体搅拌,促进流体的上下交换,代替价格高的螺带式叶轮,能获得良好的效果。
缺点:
不能用于以保持气体和以细微化为目的的气—液分散操作中。
应用参数:
桨式搅拌器的转速一般为20~100r/min,最高粘度为20Pa·
s。
其常用参数见表4-3。
表4-3桨式搅拌器常用参数
常用尺寸
常用运转条件
常用介质粘度范围
流动状态
备注
d/D=0.35~0.8
b/d=0.1~0.25
Bn=2
n=1~100r/min
v=1.0~
5.0m/s
小于2Pa·
s
低转速时水平环向流为主;
转速高时为径向流;
有挡板时为上下循环流
当d/D=0.9以上,并设置多层桨叶时,可用于高粘度液体的低速搅拌。
在层流区操作,适用的介质粘度可达100Pa·
s,
v=1.0~3.0m/s
折叶式
θ=45°
,60°
折叶式有轴向、径向和环向分流作用
注:
n-转速;
v-叶端线速度;
Bn-叶片数;
d-搅拌器直径;
D-容器内径:
θ-折叶角。
2)推进式搅拌器
标准推进式搅拌器有三瓣叶片,其螺距与桨直径d相等。
它直径较小,d/D=1/4~1/3,叶端速度一般为7~10m/s,最高达15m/s。
搅拌时流体由桨叶上方吸入,下方以圆筒状螺旋形排出,流体至容器底再沿壁面返至桨叶上方,形成轴向流动。
图4-4推进式搅拌器
①推进式搅拌器(又称船用推进器)常用于低粘流体中。
②搅拌时流体的湍流程度不高,循环量大,结构简单,制造方便。
③循环性能好,剪切作用不大,属于循环型搅拌器
④粘度低、流量大的场合,用较小的搅拌功率,能获得较好的搅拌效果。
⑤主要用于液-液系混合、使温度均匀,在低浓度固-液系中防止淤泥沉降等。
常用参数见表4-4
表4-4推进式搅拌器常用参数
d/D=0.2~0.5(以0.33居多)
p/d=1,2
Bn=2,3,4(以3居多)
p-螺距
n=100~500r/m
in
v=3~15m/s
轴流型,循环速率高,剪切力小。
采用挡板或导流筒则轴向循环更强
最高转速可达1750r/min:
最高叶端线速度可达25m/s。
转速在500r/min以下,适用介质粘度可达50Pa.s
3)涡轮式搅拌器
涡轮式搅拌器(又称透平式叶轮),是应用较广的一种搅拌器,能有效地完成几乎所有的搅拌操作,并能处理粘度范围很广的流体。
图4-5涡轮式搅拌器
分类:
涡轮式搅拌器分为开式和盘式。
开式有:
平直叶、斜叶、弯叶等。
叶片数为2叶和4叶。
盘式有:
圆盘平直叶、圆盘斜叶、圆盘弯叶等。
叶片数常为6叶。
(为改善流动状况,有时把桨叶制成凹形或箭形)
应用范围:
涡轮式搅拌器有较大的剪切力,可使流体微团分散得很细,适用于低粘度到中等粘度流体的混合、液—液分散、液—固悬浮,以及促进良好的传热、传质和化学反应。
其中平直叶剪切作用较大,属剪切型搅拌器。
弯叶指叶片朝着流动方向弯曲,可降低功率消耗,适用于含有易碎固体颗粒的流体搅拌。
表4-5涡轮式搅拌器常用参数
型式
开式涡轮
d/D=0.2~0.5
(以0.33居多)
b/d=0.2
Bn=,3,4,6,8
(以6居多)
θ=30°
,45°
后弯式
ß
=30°
,50°
后弯角
n=10~300r/min
v=4~10m/s
v=2~6m/s
小于50Pa·
折叶和后弯叶小于10Pa·
平直叶、后弯叶为径向流型。
在有挡板时以桨叶为界形成上下两个循环流。
折叶的还有轴向分流,近于轴流型
最高转速可达600r/min
圆盘上下液体的混合不如开式涡轮
盘式涡轮
d:
l:
b=20:
5:
4
Bn=4,6,8
=45°
n=10~300r/min
小于50Pa·
折叶和
后弯叶
小于10Pa·
4)锚式搅拌器
结构简单。
适用于粘度在100Pa·
s以下的流体搅拌,当流体粘度在10~100Pa·
s时,可在锚式桨中间加一横桨叶,即为框式搅拌器,以增加容器中部的混合。
图4-6锚式搅拌器
锚式或框式桨叶的混合效果并不理想,只适用于对混合
要求不太高的场合。
由于锚式搅拌器在容器壁附近流速比其它搅拌器
大,能得到大的表面传热系数,故常用于传热、晶析操作。
常用于搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆。
当搅拌粘度大于100Pa·
s的流体时,应采用螺带式或螺杆式。
表4-6锚式搅拌器常用参数
常用运
转条件
d/D=
0.9~0.98
b/D=0.1
h/D=
0.48~1.0
n=
1~100r/min
v=1~5m/s
小于100Pa·
不同高度上的水平环向流
为了增大搅拌范围,可根据需要在桨叶上增加立叶和横梁
4.2.2.1.2.3搅拌器的选用原则
搅拌器选型一般从三个方面考虑
①搅拌目的
②物料粘度
③搅拌容器容积的大小
选用时除满足工艺要求外,还应考虑功耗低、操作费用省,以及制造、维护和检修方便等因素。
4.2.2.1.2.4常用的搅拌器选用方法
1)按搅拌目的选型
仅考虑搅拌目的时搅拌器的选型见表4-7。
表4-7搅拌目的与推荐的搅拌器形式
搅拌目的
挡板条件
推荐形式
互溶液体的混合及在其中进行化学反应
无挡板
三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、桨式、圆盘涡轮
湍流
(低粘流体)
有导流筒
三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、推进式
有或无
导流筒
桨式、螺杆式、框式、螺带式、锚式
层流
(高粘流体)
固—液相分散及在其中溶解和进行化学反应
有或无挡板
桨式、六叶折叶开启式涡轮
螺带式、螺杆式、锚式
液—液相分散(互溶的液体)及在其中强化传质和进行化学反应
有挡板
三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、桨式、圆盘涡轮式、推进式
表4-8搅拌目的与推荐的搅拌器形式(续)
液—液相分散(不互溶的液体)及在其中强化传质和进行化学反应
圆盘涡轮、六叶折叶开启涡轮
有反射物
三叶折叶涡轮
气—液相分散及在其中强化传质和进行化学反应
圆盘涡轮、闭式涡轮
螺杆式
无导流筒
锚式、螺带式
2)按搅拌器型式和适用条件选型
①推进式搅拌器:
用于低粘度流体的混合,循环能力强,动力消耗小,可应用到很大容积的搅拌容器中。
②涡轮式搅拌器:
应用范围较广,各种搅拌操作都适用,但流体粘度不宜超过50Pa·
s。
③桨式搅拌器:
结构简单,在小容积的流体混合中应用较广,对大容积的流体混合,循环能力不足。
④锚式、螺杆式、螺带式:
适用于高粘流体的混合。
表4-9以操作目的和搅拌器流动状态选用搅拌器
搅拌器
搅拌容器容积
/m3
转速范围
/(r/min)
最高粘度
形式
流循环
湍流循环
剪切流
低粘度混合
高粘度液混合传热反应
分散
溶解
固体悬浮
气体悬浮
结晶
传热
液相反应
/(Pa.s)
涡轮式
◆
1-100
10-300
50
桨式
1-200
推进式
1-1000
10-500
2
锚式
100
1-50
0.5-50
螺带式
有◆者为可用,空白者不详或不合用
4.2.2.2流动特性
搅拌器从电机获得机械能,推动物料(流体)运动。
搅拌器对流体产生两种作用,剪切作用和循环作用。
根据搅拌器输入流体的能量对流体的作用的不同搅拌器的形状各异。
4.2.2.3流型与搅拌的关系
流型与搅拌效果、搅拌功率的关系十分密切。
搅拌器的改进和新型搅拌器的开发往往从流型着手。
4.2.2.3.1流型决定因素
取决于搅拌器的形式、搅拌容器和内构件几何特征,以及流体性质、搅拌器转速等因素。
4.2.3其他构件
表4-10加药控制系统内各部件释义
功能
应用
A
计量泵
实现液体的计量输送功能(可通过手动或外部信号设定计量流量)
计量流量可调,通过外部控制设备能够达到任何计量要求。
B
注射阀
1、(起止回作用)单向阀功能
2、产生背压
用于封闭的管路系统中,防止系统中工艺介质回流到加药管路内。
用于自由出口(出口压力为大气压)的系统中产生恒定的背压。
C
截止阀
在管路系统中起隔离功能
为了进行维护,转换或维修工作而关闭系统。
D
流量计
计量流量的直观指示
通过显示值来调整泵的泵出流量。
E
压力缓冲器/
脉冲阻尼器
消除管路系统的压力波动,产生相对稳定的流量
在较长的管路系统中,降低压力损失,使其保持在最小值。
产生持续而不是脉动的流动状态。
避免对管路系统产生不良震动。
F
背压阀
产生恒定的背压
在自由出口的管路系统中,用于确保计量泵无故障运行。
与脉动缓冲器配合使用,产生恒定的背压。
G
安全阀
按设定的压力限值开启旁路管线,起到泄压的作用
作为保护计量泵系统或避免计量泵过载的安全设备。
H
液位开关
显示药桶液位的开关信号
一级或带有预警告两级液位开关
用于确保系统无故障运行。
作为药桶需要注满活要更换药罐的指示。
用于避免系统无液体时空运行。
I
底阀
止回作用
带有一体的粗滤滤网
用于避免吸入管线内的液体排空(例如更换药桶期间)。
用于防止固体颗粒呗吸入计量泵。
J
压力表
用于指示计量管线的实际压力
用于设定背压阀和用于测定计量泵路中的实际工作压力,为安全阀的运行压力设定做为参考。
K
控制器
根据控制参数的设定值发出开关或模拟信号给执行机构—计量泵
当过程中需要对PH值、余氯浓度等参数实行闭环控制时,需选用控制器。
L
测量传感器
是实现闭环控制的感知机构,能够在线检测被测参数值
准确测量被测参数,将测量值传给控制器。
M
传感护套
被检测介质取样
保护传感器免受被测介质的冲击,保证被测介质按固定流速取样。
4.2.3.1计量泵
4.2.3.1.1电磁隔膜计量泵(机械隔膜计量泵)的选型参数
1)被计量液体的流量。
2)被计量液体的主要特性,例如化学腐蚀性、黏度和比重等。
3)系统的背压。
4)合适的吸升高度。
5)需要的其他选项,如模拟量控制、脉冲量控制、流量监视和定时器。
4.2.3.1.2电磁隔膜计量泵机械隔膜计量泵主要优势
电磁驱动计量泵只有一个运动部件—电枢轴。
通常来讲,运动部件越少则计量泵工作越可靠。
计量泵非常适合于低流量、低压力工作场合,并且在供电电压波动时有良好的补偿作用。
与固定频率、改变冲程长度的计量泵相比较,固定冲程长度、改变频率的计量泵相比较,
通过校正,每一个冲程的投加量是已知的。
因此总的投加量可以通过计算得出(投加量=每冲程投加量*频率)。
总投加量与频率成线性关系(50%频率=50%投加量)。
通过外部的脉冲或模拟量控制,投加量可以在一秒钟之内从最小调到最大。
另外它比电机驱动的冲程长度调节成本要低的多。
4.2.3.1.3如何电磁隔膜计量泵机械隔膜计量泵的性能曲线图?
1)找到与所选用的计量泵相应的性能曲线图。
2)在下面的图表中标示出当前的背压。
3)确定修正因数,取以bar为单位的背压值,向上延伸至曲线,在交叉点垂直向左读取修正因数值。
4)用需要的投加量值除以修正因数值,得出以ml/min.或L/h为单位的值。
5)把计算结果放在投加量刻度的中间。
6)当把这个值放在投加量刻度上时,可以使用一把直尺,查找出冲程长度设定和冲程频率设定。
5各种混凝剂投配浓度的选择
无机混凝剂溶液浓度一般用10%~20%。
有机高分子混凝剂溶液的浓度一般用0.5%~1.0%。
不同的混凝剂溶液浓度不同,见表4-11所示:
表4-11混凝剂溶液投配浓度
药剂
应用特性
投加方式和浓度
硫酸铝Al2(SO4)3•18H2O,精品含Al2O3≥15%,不溶物≤0.3%;
粗品含Al2O3≥14%,不溶物≤24%
明矾Al2(SO4)3·
K2SO4·
21H2O矿物,含Al2O310.6%
适宜PH4~8,随原水的硬度而异:
软水PH5.5~6.6;
中硬水PH6.6~7.2;
高硬水PH7.2~7.8。
适用水温20~40℃,低于10℃效果很差。
腐蚀性小,使用方便。
水解反应慢,需要消耗一定量的碱。
白色结晶。
干投或湿投。
湿投配置浓度:
10%~20%。
聚合氯化铝(PAC)[Al2(OH)nCl6-m]m
n=1~5,m<
10;
B=[OH]/(3[Al])
适宜PH5~9。
使用碱化度B=40%~60%,比其他铝盐铁盐低,对设备腐蚀性小。
效率高、耗药量小、絮体大而重、沉淀快。
对处理后的PH值和碱度下降小。
受水温影响小。
投加过量对混凝效果影响小。
适用各类水质,对高浊度废水比铝盐更为有效。
使用方便。
产品多为液体,PH2~3。
湿投配制浓度:
5%~10%
硫酸亚铁FeSO4•7H2O
适宜PH9~11。
PH>
8时,Fe2+易氧化为Fe3+;
PH<
8时,可加入石灰去除水中的CO2。
矾花形成较快、较稳定,沉淀时间短。
适用碱度高、浊度高的水。
效果受温度影响小。
但脱色效果差,残留于水中的Fe2+使处理水带色。
需要间接消耗较多的碱。
半透明绿色结晶。
硫酸铁Fe2(SO4)3
聚合硫酸铁(PFS)
[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m
适宜PH5~11。
絮体密度、沉淀快。
脱色效果好。
需要消耗较多的碱
硫酸铁:
粉末;
聚合硫酸铁:
固体或液体。
三氯化
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