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:
23×10³×0.05%=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:
=11.5×50%÷5%=115kg
取实际溶液的储备系数为20%,则实际溶液的储备量为
=
/0.8=115×1.2=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:
=
/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:
=
=1.031g/ml
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=60πD²SnψrC/4-----------------------------------------------------------①
Q=47.1D²SnψrC
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)
ψ——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
ψ
0.4
0.25~0.3
0.25~0.3
0.25~0.3
0.35~0.4
物料特性系数
0.0415
0.0565
0.0565
0.0565
0.0415
物料特性系数
75
35
35
35
75
物料阻力系数
ξ
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:
184×4×5%=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
=0.20(t/h)
=3.33(kg/min)
螺旋叶片的极限转速计算公式为
-----------------------------------------------------------------------②
参考表1,高锰酸钾的特性系数
取75,由公式②可得
=306(r/min)>30(r/min)
螺旋机的轴功率计算公式为:
---------------------------------------------------------③
式中:
——螺旋输送机轴功率(kw)
Q——螺旋输送机输送量(t/h)
——功率储备系数,
=1.2~1.4
——物料阻力系数,见表1
——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:
代入公式③可得
=11×0.20×1.3×(3.0×1.0+0)/367
=0.023kw
所需的电动机功率为
-------------------------------------------------------------------④
式中,N——螺旋机所需电机功率(kw)
η——驱动装置的传动效率,η=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60mm。
5.3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
均相系混合
低粘度液
◎
◎
○
高粘度液
◎
◎
○
◎
◎
分散
液-液相系
◎
◎
◎
◎
○
○
◎
○
气-液相系
◎
◎
◎
○
固体悬浮(固-液相系)
◎
◎
◎
◎
◎
溶解(固-液相系)
◎
○
◎
○
○
◎
◎
结晶(固-液相系)
◎
*
◎
萃取(液-液相系)
◎
*
◎
○
○
○
◎
吸收(气-液相系)
◎
○
○
○
传热(固-液相系)
◎
○
○
◎
◎
◎
○
注:
1、表中◎○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
最高粘度Pa·s
对流循环
湍流扩散
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
D/T=
,此处取
。
W/D=
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
mm,圆整为260mm。
叶片的宽度为
W=
×270=67.5mm
搅拌器的安装高度为
C=1.2×270=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=πDn/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
=
=367r/min
由于搅拌罐内的液位与搅拌罐的直径之比H/T<2,所以采用单层桨叶。
高锰酸钾溶液的雷诺数
计算公式为
-----------------------------------------------------------------------⑥
式中,D——搅拌器直径(m)
n——搅拌器转速(r/s)
ρ——液体密度(kg/m³)
µ——液体粘度(Pa*s)
g——重力加速度(9.8m/s)
由公式⑥代入数值,得
搅拌功率的计算公式为:
----------------------------------------------------------------------⑦
式中,
——功率准数
n——转速(r/s)
ρ——溶液密度(kg/m³)
D——桨叶直径(m)
功率准数的计算公式为
----------------⑧
式中,
----------------------⑨
B=10
-----------------⑩
由于
,
,所以
。
代入数值,可得
=9.0
=1.5
=2.25
=0.59×10³w
搅拌机的机械效率取η=0.95,则搅拌机的功率为
w
所以搅拌器可选用功率为0.75kw,转速为360r/min的减速电机。