喷淋塔自动加药装置设计说明书.docx
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喷淋塔自动加药装置设计说明书
喷淋塔自动加药装置设计说明书
一、高锰酸钾几个重要特性
1、高锰酸钾粉末放置时间太长会吸潮板结；高锰酸钾粉末本身不吸收水分，但其中的少量杂质会吸收水分而结成饼块。
2、高锰酸钾在水中的溶解度为6.4g/100ml；
3、高锰酸钾溶液具有一定的腐蚀性；
4、高锰酸钾溶液具有强氧化性，其作为氧化剂的反应产物是锰的氧化物，是土壤成分之一，不会造成环境污染；
5、高锰酸钾能破坏部分有机化合物中的碳碳双键（C=C）,将这部分有机化合物降解；
6、高锰酸钾溶液在空气中的保存时间不长。
医学上用于口腔消炎的高锰酸钾溶液浓度为0.002%,其在空气中的存放时间
仅有2小时。
浓度越高其保存时间会越长。
二、在喷淋塔循环冷却水中投放高锰酸钾的作用
1、利用高锰酸钾的强氧化性杀灭部分细菌、微生物；
2、除去部分有机污染物。
三、原有方案
原有方案采用的是干粉投料的方式,依靠“插板阀+翻板阀”的装置进行投料,在投料的过程中计量不准确。
四、新方案
新方案采用溶液加药的方式。
具体做法是：
将高锰酸钾粉末投进搅拌罐中配置成一定浓度的高锰酸钾溶液,再用水泵定量抽取到喷淋塔中。
采用新方案主要是为了使投药量更加准确、高效
1、新方案目标参数
1喷淋塔内高锰酸钾浓度控制在0.05%~0.2%范围内；
2搅拌罐内高锰酸钾的浓度控制在5g/100ml左右；
3喷淋塔每周换水量大于50%，每月清空一次；
4每季度（或半年）人工加高锰酸钾粉料1次（配套料位计，能发出少料警报）。
（③喷淋塔每天运行8小时，每隔4小时更换部分循环水，每天2次。
④搅拌罐每天自动加高锰酸钾并且自动补水1次；
5每周（5天）人工加高锰酸钾粉料1次（配套料位计，能发出少料警报）。
）2、新方案中需要解决的几个问题：
1搅拌罐中的高锰酸钾溶液如何保证浓度？
解决方法：
用小型螺旋机来投放高锰酸钾粉末，通过控制螺旋输送机的运转时间来控制每次的投放量，而且螺旋机自带破拱机构，可以防止粉末板结，保证粉末的输送连续、均匀；另外，用液位传感器来控制每次的补水量。
2从搅拌罐到喷淋塔的高锰酸钾溶液投放量如何保证？
解决方法：
用计量泵定量加药。
3如何避免设备被高锰酸钾溶液腐蚀？
解决方法：
搅拌罐采用SUS321不锈钢材料，喷淋塔采用SUS304不锈钢材
料，输送管道采用SUS321不锈钢管。
3、新方案所需的设备
新方案所需的设备主要有：
搅拌罐、小型螺旋输送机、搅拌器、液位计、液
位传感器、干粉料位计、计量泵、Y型过滤器、脉冲阻尼器、背压阀、安全阀、密度计、管路、支架等，详见图纸。
4、加药流程
喷淋塔水箱加药流程：
喷淋塔加药设定两个程序，程序一为喷淋塔水箱清空
的首次加料，程序二为过程排放50%的加料。
具体步骤如下：
1首次加料：
喷淋塔水箱进水泵启动，计量泵延时一定时间（120s）后启动,达到设定的加药量后计量泵关闭，水箱水位到达设定位置后（水位感应器）停止进水；
2过程加料：
喷淋塔运行一段时间后排水阀自动打开，当水位达到水位感应器设定的水位下限后自动关闭；此时喷淋塔补水阀打开，计量泵同时启动，达到设定的加药量后计量泵关闭，水箱水位到达设定位置后（水位感应器）停止进水；
喷淋塔的首次加药靠人工调试，将喷淋塔内的溶液浓度调至0.15%。
从第二
次加药起靠加药装置自动加药，具体步骤如下：
3喷淋塔启动之后计量泵相继启动，边加药边喷淋，达到设定的加药量后计量泵关闭；
4喷淋塔运行4小时后排水阀自动打开，当水位达到液位计的水位下限后自动关闭；
5喷淋塔补水阀打开，补水量由流量计控制，达到设定的补水量后补水阀自动关闭；
以上步骤重复2次之后（8小时后），搅拌罐内的高锰酸钾基本被计量泵抽完
搅拌罐加药流程：
1搅拌罐的低液位传感器发出信号，搅拌罐补水阀打开，同时小型螺旋机开启，边加料边补水。
当水位达到高水位传感器时，补水阀关闭；当小型螺旋机达到设定的运行时间时也自动关闭。
2补水阀关闭后搅拌机自动开启，当达到设定的时间后自动关闭；
3搅拌罐中的溶液配制完毕，溶液中的少量杂质开始沉淀，搅拌罐人工排放清洁1次/年。
搅拌罐中的溶液配制完毕，溶液中的少量杂质开始沉淀，为下一次供药做好准备。
5、选型与计算
以10万风量的喷淋塔为例，喷淋塔内的储水量为23吨，假设喷淋塔内的溶
液浓度为0.05%，每周小时循环水的更新量为11.5吨。
5.1搅拌罐
喷淋塔内溶液的高锰酸钾含量为：
23X103>0.05%=11.5kg
每周喷淋塔内的高锰酸钾消耗量为50%（排换水），每月重新配药一次，则搅
拌罐中高锰酸钾溶液1次的配置量为：
Q,=11.5X50%^5%=115kg
取实际溶液的储备系数为20%，则实际溶液的储备量为
Q=Q1/0.8=115X1.2=138kg
通常装料系数取0.7~0.8，初步计算取0.75，可得搅拌罐的容量为：
Q2=Q/0.75=138/0.75=184kg
因为搅拌罐内的溶液浓度为5%假设5g高锰酸钾溶于95g水中后，溶液的
体积增加2mL,则可粗略估算溶液的密度为：
m100
==1.031g/ml
V水V952
搅拌罐外形确定为圆柱体，通常搅拌装置的高度与直径的比为：
1~1.3，经
计算，取直径为D=0.9m，高为h=1.2m
5.2小型螺旋机
螺旋机的输送量计算公式为：
Q=60nD2Sn书r
C/4①
Q=47.1D2Sn柯C
式中：
Q——螺旋机的输送量（t/h）
D――螺旋叶片直径（m）
S螺距（m）
n螺旋机转速（r/min）
书——物料填充系数（见表1）
r――物料容积密度（t/m3）
C螺旋机的倾斜角度系数（见表2）
表1
物料
单位
煤粉
水泥
生料
碎石
石灰
物料容积密度
t/m3
0.6
1.25
1.1
1.3
0.9
填充系数
0.4
0.25~0.3
0.25~0.3
0.25~0.3
0.35~0.4
物料特性系数
K1
0.0415
0.0565
0.0565
0.0565
0.0415
物料特性系数
K2
75
35
35
35
75
物料阻力系数
1.2
2.5
1.5
2.5
表2
倾斜角
0°
<5°
<10°
<15°
<20°
倾斜度系数
1.0
0.9
0.8
0.7
0.65
螺旋叶片形式选实体螺旋叶片，螺距S=0.8D。
初选螺旋叶片直径为
D=60mm，转速为n=30r/min。
搅拌罐每月需补充高锰酸钾粉末的质量为：
184MX5%=36.8kg
取高锰酸钾的容积密度为2.7t/m3,填充系数为0.3，阻力系数取3.0。
由公式①可得
Q603.140.0620.80.06300.32.71.01/4
=0.20（t/h）
=3.33（kg/min）
螺旋叶片的极限转速计算公式为
nmax心八D
②
参考表1,高锰酸钾的特性系数K2取75，由公式②可得
nmax75/0.06=306（r/min）>30（r/min）
螺旋机的轴功率计算公式为：
N0QK3（LnH）/367
③
式中：
N0――螺旋输送机轴功率
（kw）
Q――螺旋输送机输送量
（t/h）
K3——功率储备系数，K3=1.2~1.4
——物料阻力系数，见表1
Ln――螺旋输送机的水平投影长度
（m）
H――螺旋输送机的垂直投影长度
（m）
由于螺旋机还自带破拱机构，破拱机构所消耗的功率按
10倍轴功率计算（具
体数值有待实验），螺旋叶片的水平投影长度取1.0m。
则螺旋机的计算功率为：
N111N0代入公式③可得
N,=11>0.20X1.3X（3.0X1.0+0）/367
=0.023kw
所需的电动机功率为
NN1/
④
式中，N——螺旋机所需电机功率（kw）
n――驱动装置的传动效率，n=0.9（取0.8）
所以可得：
N=0.023/0.9=0.025kw
综上所述，初步选取功率为0.18KW，转速为30r/min的减速电机，螺旋叶
片直径为60mm5.3搅拌器
搅拌器的核心部件是桨叶。
桨叶基本上可以分为以下几种类型：
桨式、涡轮式、推进式、锚式、框式、螺旋式等。
详见图1。
根据表3和表4，初步选取符合使用要求的桨叶形式有：
直叶涡轮式、桨式、推进式、折叶开启涡轮式。
由于在同样排量下，折叶式比直叶式的功耗少，操作费用低，另外，折叶涡轮的制作比较简单，所以最终选择折叶开启涡轮式桨叶。
图1各种桨叶形式
表3流态及物性对各搅拌操作的影响程度
搅拌操作目的
流动状态
物性
连续相
相对速度
粘度
粘度
差
密度
密度差
扩散系数
表面张力
导热
系数
比热
粒径分布及浓度
循环
速率
湍流
扩散
剪切流
均相系
低粘度液
◎
◎
O
混合
高粘度液
◎
◎
O
◎
◎
分散
液-液相系
◎
◎
◎
◎
O
O
◎
O
气-液相系
◎
◎
◎
O
固体悬浮（固-液相系）
◎
◎
◎
◎
◎
溶解（固-液相系）
◎
O
◎
O
O
◎
◎
结晶（固-液相系）
◎
*
◎
萃取（液-液相系）
◎
*
◎
O
O
O
◎
吸收（气-液相系）
◎
O
O
O
传热（固-液相系）
◎
O
O
◎
◎
◎
O
注：
1表中©O表示该因素的影响程度，^〉。
；
2、*对于萃取、晶析等操作，流动状态影响程度还不清楚。
表4搅拌器形式和适用条件表
搅拌器型式
流动状态
搅拌目的
搅拌容器容积m3
转速范围r/min
最咼
粘度
Pas
对流循环
湍流扩散
剪切
流
低粘度混合
咼粘度液混合传热反应
分散
溶解
固体悬浮
气体吸收
结晶
传热
液相反应
涡轮式
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
1~100
1~300
50
桨式
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
1~200
1~300
50
推进式
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
1~1000
1~500
2
折叶开启涡轮式
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
1~1000
1~300
50
布鲁马金式
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
1~100
1~300
50
锚式
♦
♦
♦
1~100
1~100
100
螺杆式
♦
♦
♦
1~50
0.5~50
100
螺带式
♦
♦
♦
1~50
0.5~50
100
注：
有♦者为可用，空白者为不详或不适用。
由于市场上的折页涡轮较多的是4叶，所以优先选择4叶折叶开启涡轮，倾斜角为45°。
通常2~4叶涡轮的经验计算公式为
111
D/T=~，此处取—。
243
1
W/D=—
4
C/D=0.8~1.5，此处取1.2
式中，D
—搅拌器叶轮直径
（mm）
T—-
搅拌罐直径
（mm）
W—
叶片宽度
（mm）
C—
搅拌器叶轮离罐底的高度
（mm）
所以，可得涡轮直径为
1
D-800267mm，圆整为260mm。
3
叶片的宽度为
1
W=—X270=67.5mm
4
搅拌器的安装高度为
C=1.2X270=324mm
折叶涡轮的叶端线速度常取3~7m/s，此处取5m/s。
线速度的计算公式为:
v=
n
Dn/60
⑤
式中，V叶端线速度
（m/s）
D涡轮直径
（m）
n――涡轮转速
（r/min）
由公式⑤可得叶轮的转速为
60v
n
D
605
3.140.26
=367r/min
所以采用单层桨叶
由于搅拌罐内的液位与搅拌罐的直径之比H/TV2,
高锰酸钾溶液的雷诺数Re计算公式为
Re
D2n
g
⑥
式中，D――搅拌器直径
n――搅拌器转速
P――液体密度
卩一—液体粘度
g重力加速度
由公式⑥代入数值，得
（m）
（r/s）
（kg/m3）
（Pa*s）
（9.8m/s）
Re
23
0.27261.03103
11039.8
4.6104
搅拌功率的计算公式为：
PNpn3D5
⑦
式中，Np——功率准数
n转速
P――溶液密度
（r/s）
（kg/m3）
D——桨叶直径
（m）
A
c103
1.2Re0.66K
/W、
H（°35T）
H〜12
B3
066
Sin.
Re
103
3.2Re
T
功率准数的计算公式为
0.6
A14W670D0.6185
式中，T
T
w
1.34—
2
0.5
W
1.14
T
T
Np
B=10
1.1
所以
W丄
0
12
=9.0
=1.5
=2.25
3
P2.251.0310
63
0.265
=0.59X103w
搅拌机的机械效率取n=0.95，则搅拌机的功率为
33
P1P/0.59103/0.950.62103w
所以搅拌器可选用功率为0.75kw，转速为360r/min的减速电机
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