工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)

I 摘要 攪拌機(jī)在攪拌設(shè)備中處于核心地位。在攪拌機(jī)設(shè)計(jì)及使用過(guò)程中，合理的選取攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)和工作參數(shù)，直接關(guān)系到攪拌質(zhì)量和攪拌效率。 完成絮凝經(jīng)過(guò)的絮凝池 (一般常稱反映池 )，井水除氟設(shè)備海揚(yáng)， 在凈水料理中占據(jù)重要的名望。 自然水中的懸浮精神及肢體精神的粒徑分外微細(xì)。為去除這些精神平日借助于混凝的權(quán)謀，也就是說(shuō)在原水中參與適當(dāng)?shù)幕炷齽?jīng)過(guò)充塞混和，使膠體安靜性被壞 (脫穩(wěn)）并與混凝劑水介后的聚合物相吸附，使顆粒具有絮凝本能機(jī)能。而絮凝池的目的就是創(chuàng)造合適的水力條件使這種具有絮凝性能的顆粒在相互接觸中聚集，以形成 較大的絮凝體 (絮粒 )。因此， 反應(yīng) 池設(shè)計(jì)是否確當(dāng)，關(guān)系到絮凝的效果，而絮凝的效果又直接影響后續(xù)處理的沉淀效果。絮凝攪拌機(jī)是絮凝池機(jī)械攪拌的裝置，它主要用于廢水處理的攪拌過(guò)程。 本設(shè)計(jì)提到了 反應(yīng) 池的 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)，攪拌機(jī)的 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) ，電動(dòng)機(jī)及減速器的選型，攪拌機(jī)支架設(shè)計(jì)，密封設(shè)計(jì) 以及其工藝流程。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們應(yīng)該充分考慮槳葉距離絮凝池頂端、底端以及側(cè)壁預(yù)留的距離，還有就是軸的密封問(wèn)題。 關(guān)鍵詞 ： 絮凝池 ； 混凝劑 ； 沉淀效果 ； 絮凝性能 Abstract The mixer is at the core position in the mixing equipment. In agitator design and use of the process, select the reasonable structure of the mixer, motion parameters and work, directly related to the mixing quality and efficiency of stirring. Accomplish flocculation pool (often called the flocculation after reflecting pool), water fluoride removal equipment HIYOUNG, occupy the important position in water purification cuisine. Suspended spirit and spirit of natural water body size is fine. To remove these spiritual weekdays by coagulation of trickery, that is to say in the appropriate coagulant in water, after full mixing, so that colloidal quiet is bad (destabilization) and phase adsorption and mixed polymer coagulant water after, the particles with flocculation performance. The flocculation pool purpose is to create appropriate waterpower condition makes this aggregation with flocculation properties of particles in contact with each other, to form a large flocs (flocs). Therefore, the reaction pool design is appropriate, in relation to the effect of flocculation, sedimentation and flocculation effect has direct impact to follow-up treatment. The flocculation mixer is flocculation pool mechanicalrabble device, which is mainly used for mixing process in wastewater treatment. This design to structure design reaction tank, the structure design of mixer, selection of motor and reducer, mixer stent design, seal design and its processes. In the design process, we should give full consideration to blade distance flocculation pool at the top, bottom and side wall reserved distance, there is the problem of shaft seal. Keywords: Flocculation pool；Coagulant；Precipitayion effect；Flocculation function III 目錄 摘要 . I ABSTRACT . II 目錄 . III 1 緒論 . 1 1.1 絮凝攪拌機(jī)的研究?jī)?nèi)容和意義 . 1 1.1.1 設(shè)計(jì)絮凝攪拌機(jī)的目的、意義 . 1 1.1.2 絮凝攪拌機(jī)的研究范圍 . 1 1.1.3 絮凝攪拌機(jī)的要達(dá)到的技術(shù)要求 . 1 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 . 2 1.2.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概述 . 2 1.2.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r . 2 1.2.3 存在問(wèn)題 . 4 1.3 設(shè)計(jì)攪拌機(jī)應(yīng)達(dá)到的要求 . 4 1.3.1 反應(yīng)攪拌機(jī)的工作原理 . 4 1.3.2 絮凝的工作原理 . 5 1.3.3 水處理中的攪拌設(shè)備 . 5 1.3.4 絮凝攪拌機(jī)的適應(yīng)條件和構(gòu)造 . 6 1.3.5 設(shè)計(jì)思路 . 7 2 反應(yīng)池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 8 2.1 引言 . 8 2.2 絮凝反應(yīng)理論知識(shí) . 9 2.3 反應(yīng)池的工藝性分析 . 12 2.4 反應(yīng)池的技術(shù)要求及設(shè)計(jì)效果 . 16 3 攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 18 3.1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) . 18 3.2 設(shè)計(jì)要求 . 18 3.3 設(shè)計(jì)計(jì)算 數(shù)據(jù) . 19 3.4 槳葉的設(shè)計(jì) . 20 3.4.1 槳葉結(jié)構(gòu)尺寸確定 . 20 3.4.2 攪拌器轉(zhuǎn)速計(jì)算 . 20 3.4.3 攪拌功率計(jì)算 . 22 4 電動(dòng)機(jī)及減速器的選型 . 23 4.1 減速器和電動(dòng)機(jī)的選型條件 . 23 4.2 電動(dòng)機(jī)與減速器的選擇 . 23 4.3 聯(lián)軸器的選型 . 25 4.4 攪拌軸的設(shè)計(jì) . 26 IV 4.5 軸與槳葉、聯(lián)軸器的連接 . 27 4.5.1 槳式攪拌器與軸的連接 . 27 4.5.2 聯(lián)軸器與軸的連接 . 27 4.6 軸承的選型以及軸的最終確定 . 27 5 攪拌機(jī)支架設(shè)計(jì) . 28 5.1 攪拌機(jī)的支承部分 . 28 5.1.1 機(jī)座 . 28 5.1.2 軸承裝置 . 28 5.2 水下支撐座的設(shè)計(jì) . 29 5.2.1 軸承的選型 . 29 5.2.2 支撐套的設(shè)計(jì) . 30 6 密封設(shè)計(jì) . 31 6.1 密封裝置的類型 . 31 6.2 填料密封 . 31 6.2.1 填料的種類 . 31 6.2.2 填料的選擇 . 32 6.2.3 填料的合理裝填 . 32 6.2.4 成型填料密封 . 32 6.3 機(jī)械密封 . 33 6.3.1 機(jī)械密封的工作原理 . 33 6.3.2 機(jī)械密封前的準(zhǔn)備工作 . 34 6.3.3 機(jī)械密封材料 . 34 6.3.4 機(jī)械密封與軟填 料密封比較 . 35 6.4 軸的密封選擇 . 35 7 結(jié) 論 . 37 參考文獻(xiàn) . 39 謝 辭 . 38 工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機(jī)的設(shè)計(jì) 1 1 緒論 攪拌可以使兩種或多種不同的物質(zhì)在彼此之中互相分散，從而達(dá)到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質(zhì)過(guò)程。在工業(yè)生產(chǎn)中，攪拌操作時(shí)從化學(xué)工業(yè)開(kāi)始的，圍繞食品、纖維、造紙、石油、水處理等，作為工藝過(guò)程的一部分而被廣泛應(yīng)用。本章主要對(duì)絮凝攪拌機(jī)的研究?jī)?nèi)容和意義、國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況以及設(shè)計(jì)攪拌機(jī)應(yīng)達(dá)到的要求進(jìn)行了闡述。 1.1 絮凝攪拌機(jī) 的研究?jī)?nèi)容 和 意義 本節(jié)講述了設(shè)計(jì)絮凝攪拌機(jī)的目的、意義，絮凝攪拌機(jī)的研究范圍以及要達(dá)到的技術(shù)要求。 1.1.1 設(shè)計(jì) 絮凝攪拌機(jī) 的目的、意義 廢水處理中反應(yīng)攪拌機(jī)的目的是由電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，經(jīng)減速器聯(lián)軸器帶到直槳葉旋轉(zhuǎn)使膠體顆粒 絮凝 形成較大的顆粒，以利沉淀，以滿足水處理中水質(zhì)凈化的要求。 廢水處理中反應(yīng)攪拌機(jī)的意義是在絮擬池中加入絮擬劑 ,在絮擬劑的作用下 ,通過(guò)攪拌機(jī)的作用 ,使原水中的懸浮物質(zhì)及膠體物質(zhì)凝聚 ,形成較大的顆粒 ,以利于沉淀 ,達(dá)到凈水的目的。 1.1.2 絮凝攪拌機(jī) 的研究范圍 本題目主要涉及水處理中 絮凝 工藝中反應(yīng)攪拌機(jī)的設(shè)備設(shè)計(jì)，主要解決的問(wèn)題是水處理中該設(shè)備的設(shè)計(jì)，包括：主軸、絮凝攪拌機(jī)、電動(dòng)機(jī)及減速器的選型、支撐裝置設(shè)計(jì)、軸的密封設(shè)置、絮凝池的設(shè)計(jì)，并畫出相應(yīng)的設(shè)備圖。 1.1.3 絮凝攪拌機(jī) 的要達(dá)到的技術(shù)要求 攪拌機(jī)分為常規(guī)飼料攪拌機(jī)和添加劑攪拌機(jī)兩種。常規(guī)飼料攪拌機(jī)有立式和臥式兩種。立式攪拌機(jī)攪拌時(shí)間一般為 1 5 m in 2 0 m in ，臥式機(jī)則為 10min 左右，攪拌配合飼料時(shí)應(yīng)分批攪拌。立式攪拌機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是混合均勻，動(dòng)力消耗少，缺點(diǎn)是混合時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)率低，裝料、出料不充分。臥式攪拌機(jī)主要工作部件為攪動(dòng)葉片，葉片分為內(nèi)外兩層，它們的螺旋方向相反。在工作時(shí)葉片攪動(dòng)飼料，使內(nèi)外兩層飼料作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到混合的目的。臥式攪拌機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是效率高，裝料、出料迅速，缺點(diǎn)是動(dòng)力消耗較大，占地面積大，價(jià)格也較高，因此一般較少采用。 在絮凝過(guò)程中，攪拌的作用有兩點(diǎn)：一是混合，促進(jìn)細(xì)微顆粒之間的碰撞，使顆粒逐漸長(zhǎng)大；二是固體懸浮，使凝聚的顆粒能均勻地懸浮在液體 中，防止其在絮凝池中沉淀。另外，絮凝攪拌過(guò)程還有一個(gè)重要的制約因素，即由剪切速率產(chǎn)生的剪切應(yīng)力，將對(duì)絮凝顆粒造成破碎作用，這就是為什么在進(jìn)行絮凝攪拌設(shè)計(jì)時(shí)通常要考慮葉尖速度的限制。 FRF系列攪拌機(jī)專用于絮凝過(guò)程，很低的轉(zhuǎn)速、高排液量，高效軸流型槳葉，所以傳統(tǒng)的 G 值或 GT 值也同樣僅作為參考。 從攪拌技術(shù)觀點(diǎn)看，流體攪拌可分為五種基本攪拌應(yīng)用，而每一種攪拌應(yīng)用又可根據(jù)無(wú)錫太湖學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 2 物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程分為兩種類型。因此，總共有十種基本的攪拌應(yīng)用。每一種基本攪拌應(yīng)用都有各自的攪拌特點(diǎn)，過(guò)程要求和放大設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。實(shí)際應(yīng)用時(shí) ，每種攪拌應(yīng)用往往會(huì)有幾種基本攪拌應(yīng)用組成，如絮凝攪拌過(guò)程由液液混合和固體懸浮兩個(gè)基本攪拌應(yīng)用組成。攪拌機(jī)產(chǎn)生較高的流動(dòng)作用和較低的壓頭，而小直徑槳葉配以高轉(zhuǎn)速則產(chǎn)生較高的壓頭和較低的流動(dòng)作用。在攪拌槽中，要使微團(tuán)相互碰撞，唯一的辦法是提供足夠的剪切速率。從攪拌機(jī)理看，正是由于流體速度差的存在，才使流體各層之間相互混合，因此，凡攪拌過(guò)程總是涉及到流體剪切速率。剪切應(yīng)力是一種力，是攪拌應(yīng)用中氣泡分散和液滴破碎等的真正原因。必須指出的是，整個(gè)攪拌槽中流體各點(diǎn)剪切速率的大小并不是一致的。通過(guò)對(duì)剪切速率分布的研究表 明，在一個(gè)攪拌槽中至少存在四種剪切速率數(shù)值，它們是：實(shí)驗(yàn)研究表明，就槳葉區(qū)而言，無(wú)論何種漿型，當(dāng)槳葉直徑一定時(shí)，最大剪切速率和平均剪切速率都隨轉(zhuǎn)速的提高而增加。 高效軸流型槳葉快混攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)方法是以攪拌機(jī)的排液量為基礎(chǔ)，以平均停留時(shí)間內(nèi)攪拌槳葉產(chǎn)生的排液量與快混池的有效體積之比值（ N）作為選型設(shè)計(jì)快速攪拌機(jī)的依據(jù)。由于受到加藥量、攪拌槽幾何尺寸形狀以其他因素的影響，該比值不是固定不變的，但一般要求 1.5n 。 同一種槳葉在達(dá)到同樣的攪拌效果（即同樣的比值 n）時(shí)，攪拌功率將隨 D/T（ T 為槽體直徑或等效直徑）值的增大而下降，換句話講，適合一個(gè)攪拌過(guò)程的攪拌機(jī)不止一種，可以有多種攪拌功率，攪拌轉(zhuǎn)速和槳葉直徑的組合。 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 本節(jié)講述了 絮凝攪拌機(jī)的 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概述，國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況以及存在的問(wèn)題。 1.2.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概述 攪拌機(jī)的操作性能直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、能耗和生產(chǎn)成本，工程界和學(xué)術(shù)界對(duì)攪拌混合都非常重視，進(jìn)行了大量的研究工作，取得了不少的研究成果。 攪拌器是化學(xué)工程和生物工程中最常見(jiàn)也是最重要的單元設(shè)備之一。目前，攪拌器的選型和內(nèi)構(gòu)件的設(shè)計(jì)在 很大程度上依賴試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)放大規(guī)模還缺乏深入的認(rèn)識(shí)，對(duì)于能耗和生產(chǎn)成本只能在一定規(guī)模的生產(chǎn)裝置上對(duì)比后才能得出結(jié)論，由于對(duì)產(chǎn)品的回收率和質(zhì)量要求越來(lái)越高，對(duì)攪拌器的研究日趨深入，已從早期對(duì)攪拌功率和混合時(shí)間的研究，20 世紀(jì) 80 年代對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)的流體速度場(chǎng)分布的研究，進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)的攪拌釜內(nèi)三維流場(chǎng)的數(shù)值模擬研究。流場(chǎng)數(shù)值模擬必須在深入進(jìn)行流體力學(xué)研究的基礎(chǔ)上，綜合考慮流體流動(dòng)的三維性、隨機(jī)性、非線性和邊界條件不確定性。通過(guò)數(shù)值模擬不但可以解決反應(yīng)器的放大機(jī)理，而且可以優(yōu)化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型高效攪拌器，使 機(jī)械攪拌器的設(shè)計(jì)理論更加完善。 1.2.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r （ 1） 國(guó)產(chǎn)污水處理設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)產(chǎn)污水處理設(shè)備的生產(chǎn)始于 20 世紀(jì) 70 年代中后期，當(dāng)時(shí)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、成套化、工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機(jī)的設(shè)計(jì) 3 系列化水平很低，定型產(chǎn)品較少。進(jìn)人 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，國(guó)家有關(guān)部門先后對(duì)主要污水處理設(shè)備制造企業(yè)進(jìn)行了技術(shù)改造，提高了制造能力和制造水平，城市污水處理專用設(shè)備和與之配套的通用設(shè)備的生產(chǎn)水平都有了很大提高。 目前，日處理 5、 10、 25、 50 噸的城市污水處理廠的全部或主要設(shè)備都可實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。其中，國(guó)產(chǎn)的微孔曝氣器、高強(qiáng)度曝氣機(jī)、帶式壓濾 機(jī)、各類格柵除污機(jī)、刮泥機(jī)、刮砂機(jī)、曝氣轉(zhuǎn)刷、曝氣鼓風(fēng)機(jī)、大型污水泵、潛水電泵等已基本上能夠適應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求，還有部分產(chǎn)品出口。 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，從日處理 5 萬(wàn)噸到 50 萬(wàn)噸規(guī)模的污水污泥提升系統(tǒng)、機(jī)械過(guò)濾沉淀系統(tǒng)、曝氣處理系統(tǒng)、污泥脫水處理系統(tǒng)等國(guó)產(chǎn)設(shè)備，已相當(dāng)于國(guó)際 20 世紀(jì) 80 年代水平，并能夠提供成套設(shè)備。但在沼氣發(fā)電系統(tǒng)、在線監(jiān)控系統(tǒng)等方面，國(guó)產(chǎn)設(shè)備與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，尚存在較大差距。在一些國(guó)際 20 世紀(jì) 90 年代最新形技術(shù)裝備領(lǐng)域，還存在空白有待填補(bǔ)。在產(chǎn)品水平方面，能耗較大的鼓風(fēng)機(jī)、水泵等產(chǎn)品，單機(jī)設(shè) 備效率已接近國(guó)際 20 世紀(jì) 80 年代水平。成套產(chǎn)品的總體水平相當(dāng)于國(guó)際 20 世紀(jì)七八十年代的水平。 （ 2） 發(fā)達(dá)國(guó)家污水處理設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀 發(fā)達(dá)國(guó)家污水處理設(shè)備目前已達(dá)到高度現(xiàn)代化水平，具有以下特點(diǎn)： 1） 城市污水和工業(yè)廢水處理設(shè)備已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、定型化、系列化和成套化，已構(gòu)成門類齊全、商品化程度高的水處理設(shè)備工業(yè) ； 2） 水處理單元設(shè)備，如沉淀、過(guò)濾、萃取、吸附、微濾、電滲析等已形成專業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，品種、規(guī)格、質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，性能參數(shù)可靠，用戶選擇十分方便 ； 3） 城市污水成套設(shè)備向大型化發(fā)展，工業(yè)廢 水處理設(shè)備隨著工藝的成熟而趨于專門化、成套化 ； 4） 與水處理相配套的風(fēng)機(jī)、水泵、閥門等通用設(shè)備已逐步實(shí)現(xiàn)專門化設(shè)計(jì)，并組織生產(chǎn)，以滿足特殊需要 ； 5） 水資源緊張、水體富營(yíng)養(yǎng)化、飲水安全導(dǎo)致廢水深度處理設(shè)備和消毒設(shè)備有相當(dāng)程度的發(fā)展 ； 6） 厭氧處理技術(shù)重新引起重視，促進(jìn)了厭氧處理設(shè)備在高濃度有機(jī)廢水處理上的應(yīng)用。 我國(guó)污水處理事業(yè)的歷史始于 1921 年，到改革開(kāi)放的近二十年來(lái)取得了迅速的發(fā)展，但仍然滯后于城市發(fā)展的需要。污水處理廠的建設(shè)，極大地提高了城市污水的處理水平，但處理量的增加仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于污水 排放量的增長(zhǎng)，我國(guó)的污水處理事業(yè)的實(shí)際情況是污水處理率低，很多老城區(qū)的排水管網(wǎng)甚至不成系統(tǒng)。 城市污水處理能力增長(zhǎng)緩慢和污水處理率低是造成我國(guó)水環(huán)境污染的主要原因，由此導(dǎo)致了水環(huán)境的持續(xù)惡化，并嚴(yán)重的制約了我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展。我國(guó)城市污水處理能力增長(zhǎng)緩慢的主要原因可以歸結(jié)為：污水處理技術(shù)落后 ： 城市污水處理技術(shù)是城市污水處理設(shè)施能否高效運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵 ， 就目前的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，在中小城市污水處理方面，尚缺乏適合我國(guó)實(shí)際國(guó)情的污水處理技術(shù)和設(shè)備。因此，探索和發(fā)展適合我國(guó)國(guó)情的中小城市（鎮(zhèn)）污水處理工藝，掌握一批在中小 城市（鎮(zhèn)）具有代表性的污染源的治理技術(shù)和城市無(wú)錫太湖學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 4 污水處理技術(shù)，就勢(shì)在必行。由于現(xiàn)在的水污染大部分是來(lái)自分散的非點(diǎn)源，對(duì)于這些非點(diǎn)源污染，控制措施和相關(guān)費(fèi)用都具有很高的不確定性，今后城市在污水處理方面能夠或應(yīng)該做到什么程度，目前正在進(jìn)行激烈的爭(zhēng)論。合流制污水管網(wǎng)的老城市需要大量投資，來(lái)減少在雨季的污水溢流，而迅速發(fā)展的新興城市又臨著處理能力不足，導(dǎo)致生活污水管網(wǎng)溢流的問(wèn)題。 1.2.3 存在問(wèn)題 現(xiàn)在攪拌機(jī)被廣泛應(yīng)用于石化 ， 化工 ， 礦業(yè) ， 制藥 ， 發(fā)酵 ， 造紙 ， 食品 ， 水處理 ， 環(huán)保 ， 以及精細(xì)化工等行業(yè) ， 同時(shí)因其發(fā)展 時(shí)間較短 ， 故在攪拌器的應(yīng)用過(guò)程中 ， 存在一些問(wèn)題 ， 常見(jiàn)問(wèn)題有 ： 1） 齒輪箱泄漏 ； 2） 由于軸在機(jī)械密封處偏擺量大 ， 致使機(jī)械密封使用壽命短 ， 泄漏 ； 3） 系統(tǒng)振動(dòng)較大 ， 噪音強(qiáng)烈 ； 4） 維護(hù)維修成本較高等 。 通常齒輪箱漏油可以換密封圈解決 ； 機(jī)械密封可以更換易損件使其得以繼續(xù)沿用 ； 系統(tǒng)振動(dòng)可以靠加固減弱之 ， 但這些無(wú)疑是治標(biāo)之策 ， 也是成本的消耗 。 1.3 設(shè)計(jì)攪拌機(jī) 應(yīng) 達(dá)到的要求 本節(jié)從反應(yīng)攪拌機(jī)的工作原理，絮凝的工作原理，水處理中的攪拌設(shè)備以及絮凝攪拌機(jī)的適應(yīng)條件和構(gòu)造充分考慮了設(shè)計(jì)反應(yīng)攪拌機(jī)應(yīng)達(dá)到的要求，總結(jié) 了 設(shè)計(jì)反應(yīng)攪拌機(jī) 的 設(shè)計(jì)思路和方法。 1.3.1 反應(yīng)攪拌機(jī)的工作原理 對(duì)于不同的介質(zhì)，不同的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，要求攪拌裝置的結(jié)構(gòu)和攪拌速度不同，根據(jù)不同的場(chǎng)合一般分為以下幾種情況： （ 1） 液 -液互溶系統(tǒng)的場(chǎng)合 一般采用低速攪拌就能足夠完成，這種場(chǎng)合常用漿葉式攪拌裝置。 （ 2） 液 -液互不相溶 系統(tǒng) 的場(chǎng)合 這種場(chǎng)合則需要強(qiáng)烈的上下翻滾，常用漿葉攪拌器，在釜體內(nèi)加有一定形狀的擋板，或采用推進(jìn)式攪拌器。 （ 3） 固 -液相 系統(tǒng) 的場(chǎng)合 反應(yīng)介質(zhì)里有少量的固體且不易沉降時(shí)可采用比較緩和的攪拌，反之當(dāng)反應(yīng)介質(zhì)或反應(yīng)過(guò)程的生成物中 固體較多，且容易沉降時(shí)必須采用強(qiáng)烈的上下的翻動(dòng)的攪拌，這些攪拌均屬于固 -液相的攪拌系統(tǒng)。 在本人設(shè)計(jì)的課題中攪拌器中所攪拌的介質(zhì)是廢水，廢水處理中反應(yīng)攪拌機(jī)的目的是由電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，經(jīng)減速器聯(lián)軸器帶到直槳葉旋轉(zhuǎn)使膠體 顆粒絮凝形成較大的顆粒，以利沉淀，以滿足水處理中水質(zhì)凈化的要求， 如圖 1.1 所示。 工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機(jī)的設(shè)計(jì) 5 圖 1.1 攪拌機(jī)攪拌 示意圖 1.3.2 絮凝的工作原理 膠體的脫穩(wěn)階段是第一階段，絮凝是第二階段，而絮凝指膠體脫穩(wěn)以后結(jié)成大顆粒絮體的階段。第一階段相當(dāng)于給水處理中加藥混合后的極 短的一段時(shí)間，可能在一秒鐘 內(nèi)，而絮凝則主要是在反應(yīng)設(shè)備中完成的，這是水處理中常用的方法， 其工作原理如圖 1.2。 廢 水 投 藥 混 合 反 應(yīng) 沉 淀 分 離急 速 攪 拌 慢 速 攪 拌沉 淀出水絮 凝 劑 圖 1.2 絮凝沉淀處理流程示意圖 1.3.3 水處理中的攪拌設(shè)備 水處理中的攪拌設(shè)備，分成溶藥攪拌，混合攪拌，絮凝攪拌，澄清池?cái)嚢?，消化池?cái)嚢韬退聰嚢枇N類型。 絮凝 攪拌 是水處理的重要方法之一或基本單元操作之一，而且往往是必不可少的。它在生活飲用水、工業(yè)用水、工業(yè)廢水及生活污水的處理中都有廣泛的應(yīng)用，因而學(xué)習(xí)和研究絮凝科學(xué)及其在水處理中的應(yīng)用具有十分重要的意義。 其中絮凝攪拌機(jī)分為：剛性連接攪拌機(jī)和彈性連接攪拌機(jī)。本設(shè)計(jì)主要討論的是剛性連接攪拌機(jī)。 剛性連接攪拌機(jī)由：電動(dòng)機(jī)，減速器，剛性聯(lián)軸器，機(jī)座， 軸承，攪拌軸，攪拌器。 攪拌設(shè)備的工作部分，有攪拌器，攪拌軸和攪拌附件組成。 無(wú)錫太湖學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 6 1.3.4 絮凝攪拌機(jī)的適應(yīng)條件和構(gòu)造 （ 1） 絮凝攪拌機(jī)的適應(yīng)條件 絮凝攪拌機(jī)用于給水排水主力中混凝過(guò)程中的絮凝階段。絮凝攪拌的作用是促使水中的膠體顆粒發(fā)生碰撞，吸附并逐漸結(jié)成一定大小的帆花，試絕大部分帆花截留在沉淀池內(nèi)。 攪拌強(qiáng)度和攪拌時(shí)間是決定絮凝效果的關(guān)鍵。絮凝池內(nèi)攪拌強(qiáng)度 (即攪拌速度梯 度值G)應(yīng)遞減，各檔攪拌器槳葉中心處的線速度依次逐漸減慢，且要有足夠的攪拌時(shí)間來(lái)完成絮凝過(guò)程。 絮凝攪拌機(jī)可滿足絮凝規(guī)律的要求，使絮凝過(guò)程中各段具有不同的攪拌強(qiáng)度，可以適合水量和水溫的變化，優(yōu)點(diǎn)是水頭損壞小，池體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外加能量組合方便。 絮凝攪拌機(jī)設(shè)置無(wú)級(jí)調(diào)速后可隨水量，原水濁度和投藥量的變化而調(diào)整攪拌強(qiáng)度，達(dá)到滿意的絮凝效果，節(jié)約藥劑的用量。 絮凝攪拌機(jī)根據(jù)攪拌軸的安裝分式分為立式攪拌機(jī)和臥失攪拌機(jī)兩種。臥式絮凝攪拌機(jī)的槳板接近池底旋轉(zhuǎn)，一般絮凝池不存在積泥問(wèn)題。 （ 2） 絮凝攪拌機(jī)的構(gòu)造 絮凝 立式攪拌 機(jī)有工作部分 (垂直攪拌軸，框式攪拌器 )，支承部分 (軸承裝置，機(jī)座 )和驅(qū)動(dòng)部分 (電動(dòng)機(jī)，擺線針輪減速機(jī) )組成， 如圖 1.3 所示 。 圖 1.3 立體攪拌機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖 1-減速機(jī) ； 2-螺栓 ； 3-墊圈 ； 4-螺母 ； 5-機(jī)架 ； 6-螺栓 ； 7-墊圈 ； 8-墊板 ； 9-槳板 ； 10-主軸 ； 11-螺栓 ； 12-墊圈 ； 13-螺母 ； 14-螺栓 ； 15-墊圈 ； 16-螺母 ； 17-水下軸承座 框式攪拌器分直槳葉，斜槳葉和網(wǎng)槳葉三種。 直槳葉是最常用的一種普通槳葉，其結(jié)構(gòu)如圖 1.4。 工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機(jī)的設(shè)計(jì) 7 圖 1.4 直槳葉框式攪拌器示意圖 1.3.5 設(shè)計(jì)思路 1） 反應(yīng) 池的結(jié)構(gòu)尺寸的確定； 2） 攪拌機(jī)大小的確定及轉(zhuǎn)速和功率的計(jì)算； 3） 由攪拌機(jī)功率來(lái)做電機(jī)的選型設(shè)計(jì)； 4） 由電機(jī)的型號(hào)尺寸來(lái)做聯(lián)軸器的選型設(shè)計(jì)； 5） 由聯(lián)軸器的型號(hào)尺寸來(lái)決定軸徑以及對(duì)所決定的軸徑進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證； 6） 由軸徑來(lái)做軸承的選型； 7） 由軸承的尺寸來(lái)做機(jī)座及支撐座的選型設(shè)計(jì)。 無(wú)錫太湖學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 8 2 反應(yīng) 池的 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 天然水中的懸浮物質(zhì)及肢體物質(zhì)的粒徑非常細(xì)小。 為去除這些物質(zhì)通常借助于混凝的手段，也就是說(shuō)在原水中加入適當(dāng)?shù)幕炷齽?，?jīng)過(guò)充分混和，使膠體穩(wěn)定性被壞 (脫穩(wěn)）并與混凝劑水介后的聚合物相吸附，使顆粒具有絮凝性能。而反應(yīng)池的目的就是創(chuàng)造合適的水力條件使這種具有絮凝性能的顆粒在相互接觸中聚集，以形成較大的絮凝體 (絮粒 )。因此，反應(yīng)池設(shè)計(jì)是否確當(dāng)，關(guān)系到絮凝的效果，而絮凝的效果又直接影響后續(xù)處理的沉淀效果。本章主要介紹了反應(yīng)池的一些理論知識(shí)，對(duì)反應(yīng)池的工藝性分析，提到了反應(yīng)池的技術(shù)要求以及技術(shù)效果。 2.1 引言 完成絮凝過(guò)程的 反應(yīng) 池 (一般常稱 絮凝 池 )，在凈水處理 中占有重要的地位。 如圖 2.1， 圖 2.1 絮凝池示意圖 天然水中的懸浮物質(zhì)及肢體物質(zhì)的粒徑非常細(xì)小。為去除這些物質(zhì)通常借助于混凝的手段，也就是說(shuō)在原水中加入適當(dāng)?shù)幕炷齽?，?jīng)過(guò)充分混和，使膠體穩(wěn)定性被壞 (脫穩(wěn)）并與混凝劑水介后的聚合物相吸附，使顆粒具有絮凝性能。而 反應(yīng) 池的目的就是創(chuàng)造合適的水力條件使這種具有絮凝性能的顆粒在相互接觸中聚集，以形成較大的絮凝體 (絮粒 )。因此， 反應(yīng) 池設(shè)計(jì)是否確當(dāng)，關(guān)系到絮凝的效果，而絮凝的效果又直接影響后續(xù)處理的沉淀效果。 當(dāng)然，為了獲得良好的絮凝效果，混凝劑的合理選擇是重 要的，但是也不能忽視絮凝池設(shè)計(jì)的重要性。在生產(chǎn)實(shí)踐中，不少水廠由于改進(jìn)了絮凝池的布置，從而提高了出水水質(zhì)，降低了藥耗，或者增加了制水能力。在混凝沉淀的設(shè)計(jì)中，也出現(xiàn)了寧可延長(zhǎng)一些反應(yīng)時(shí)間以縮短沉淀時(shí)間的看法。這些都說(shuō)明絮凝反應(yīng)在凈水處理中的重要作用。 近年來(lái)，由于高效能沉淀以及過(guò)濾裝置的出現(xiàn)，使水廠的平面布置 (包括構(gòu)筑物尺寸及占地面積 )大為縮小。相對(duì)來(lái)說(shuō)絮凝池所占比例就有所增加。例如，在原平流式沉淀池中，絮凝只占較小的體積。然而在斜管沉淀池中，絮凝部分的體積幾乎與沉淀部分的體積相仿。工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機(jī)的設(shè)計(jì) 9 為此，國(guó)內(nèi)不少同志在這方 面進(jìn)行著如何改進(jìn)絮凝構(gòu)筑物的研究，并提出了不少設(shè)想。對(duì)設(shè)計(jì)工作者來(lái)說(shuō)，亦迫切要求有一個(gè)科學(xué)的評(píng)價(jià)方法，以解決如何合理選擇絮凝形式的問(wèn)題。 絮凝反應(yīng)是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，它不僅受絮凝池水力條件的控制，而且還與原水性質(zhì)、混凝劑品種和加藥量以及混和過(guò)程都有密切關(guān)系。從目前國(guó)內(nèi)外的研究情況來(lái)看，尚沒(méi)有一個(gè)能定量地反映絮凝過(guò)程的完整 數(shù)學(xué)模式 ，甚至作為定性分析，也還存在不少問(wèn)題。這些情況就給具體設(shè)計(jì)工作者帶來(lái)很多困難。嚴(yán)格地說(shuō)，目前不少絮凝池的設(shè)計(jì)，僅是水力的驗(yàn)算，并沒(méi)有對(duì)絮凝過(guò)程作完整的分析。因此，往往出現(xiàn)即使原水的絮 凝性質(zhì)很不相同，而其絮凝池的布置卻完全相同的情況。 根據(jù)規(guī)范或設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)定的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行水力計(jì)算，是目前絮凝池設(shè)計(jì)中應(yīng)用最廣泛的方法。應(yīng)該說(shuō)它在大多數(shù)場(chǎng)合下是可行的，但并不一定是最優(yōu)的，況且，這些規(guī)定也只規(guī)定一些主要指標(biāo)，至于具體的布置還需由設(shè)計(jì)者確定。例如，一般規(guī)定隔板絮凝池的流速由 0.6 /ms漸減至 0.2 /ms。至于 流速如何遞減，以及隔板轉(zhuǎn)折的布置和道數(shù)等等，都未作明確規(guī)定。因而盡管所用主要指標(biāo)完全相同，卻可設(shè)計(jì)成很不 相同的布置形式，至于它們的效果差異則更難以鑒別。 為了探討絮凝池設(shè)計(jì)的合理方法，福建省凈水工藝試驗(yàn)組曾提出了應(yīng)用 “模型絮凝池 ”的概念。其基本出發(fā)點(diǎn)就是認(rèn)為：合理的反應(yīng)速度應(yīng)符合流速漸變的原則，即反應(yīng)速度由大到小呈直線變化，且反應(yīng)池進(jìn)口流速應(yīng) 大于或者等于 1/ms。凡符合這二個(gè)條件的所謂 “模型絮凝池 ”則被認(rèn)為是理想的絮凝池布置。 “模型絮凝池 ”作為探討整個(gè)絮凝過(guò)程變化規(guī)律的設(shè)想，是有其積極意義的。但是，要把 “模型絮凝池 ”作為理想的絮凝形式，則尚缺乏足夠的依據(jù)。作為問(wèn) 題之一，它脫離了原水性質(zhì)的考慮。速度漸變?cè)瓌t應(yīng)對(duì)不同水質(zhì)條件有不同的要求，而不宜取作常量。譬如，對(duì)于原水顆粒濃度不足以及絮凝體不易破碎的情況，將較高流速區(qū)的反應(yīng)時(shí)間增加些，顯然是有好處的。反之，則應(yīng)增加較低流速區(qū)的比例。另外，隔板絮凝的轉(zhuǎn)折，從 “模型絮凝池 ”的要求考慮，顯然是不符合要求的。但是實(shí)際上在絮凝的最初階段，它往往起到了促進(jìn)絮凝的效果。 “模型絮凝池 ”用流速作為比較的相似關(guān)系，與絮凝理論所采用的以速度梯度作為相似關(guān)系有所區(qū)別。隨著絮凝形式的不同，同樣的流速，其速度梯度可相差達(dá)數(shù)倍。因此關(guān)于 “模型絮凝池 ”的設(shè)想尚有不少問(wèn)題需要進(jìn)一步深入研究。 目前絮凝池設(shè)計(jì)中一個(gè)普遍問(wèn)題就是沒(méi)有考慮進(jìn)入絮凝池的處理水水質(zhì)。眾所周知，良好的絮凝反應(yīng)必須具備二個(gè)條件，即具有充分絮凝能力的顆粒以及合適的反應(yīng)水力條件。實(shí)際上，它們就是絮凝過(guò)程中的 “內(nèi)因 ”和 “外因 ”。水力條件只有適合欲絮凝顆粒的絮凝要求時(shí)，才能促進(jìn)絮凝的進(jìn)行。反之則不僅不能促進(jìn)絮凝的進(jìn)行，甚至使已經(jīng)絮凝的顆粒破壞。因此作為具體的絮凝池設(shè)計(jì)，就必須考慮到處理水的水質(zhì)條件。但是這卻是目前絮凝池設(shè)計(jì)中最薄弱的環(huán)節(jié)。 2.2 絮凝 反應(yīng)理論知識(shí) 所謂合理設(shè)計(jì)，無(wú)非是從許多可 供選擇的方案中，選定一種最能符合要求的方案。同無(wú)錫太湖學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 10 樣，絮凝池的合理設(shè)計(jì)，就是要從諸多的絮凝形式，以及不同的指標(biāo)中，選擇一種最能適合具體絮凝條件而又切實(shí)可行的形式和指標(biāo)。鑒于目前的研究水平，僅用理論的方法還無(wú)法解答上述課題，因此還需借助于實(shí)驗(yàn)手段。實(shí)驗(yàn)的目的就是可以在較小規(guī)模下模擬實(shí)際的效果，以便對(duì)可供選擇的方案加以比較。和其它許多實(shí)驗(yàn)一樣，絮凝的實(shí)驗(yàn)也需要解決一個(gè)模擬的相似問(wèn)題。也就是說(shuō)需要解決怎樣在較小規(guī)模的試驗(yàn)中，獲得與真實(shí)絮凝池同樣的絮凝結(jié)果。 對(duì)于絮凝反應(yīng)來(lái)說(shuō)，需待解決的相似關(guān)系主要有二個(gè)，即處理水的水 質(zhì)條件和絮凝池的水力條件。關(guān)于水質(zhì)條件，一般采用真實(shí)水樣還是容易辦到的。例如選擇若干具有代表性處理對(duì)象的原水，加注適量混凝劑，并經(jīng)充分混和，即可供作絮凝的實(shí)驗(yàn)。至于水力條件，則不能依靠實(shí)際絮凝池來(lái)作試驗(yàn)。因設(shè)計(jì)的目的是要對(duì)多種方案進(jìn)行對(duì)比，而這在實(shí)際絮凝池中是難以完全實(shí)現(xiàn)的。為此，需要尋找合適的水力條件作模擬相似。對(duì)于水力條件，一般可以采用雷諾數(shù)或弗魯特?cái)?shù)相似，也可采用其它相似準(zhǔn)則。至于采用何種相似方法則應(yīng)視研究對(duì)象而定。為此有必要就絮凝過(guò)程中水力條件的作用作一分析，以確定相似關(guān)系。 絮凝的目的是使細(xì)小顆粒 彼此聚集。除了顆粒具有絮凝能力外，還必須創(chuàng)造顆粒彼此接觸，或者接近 (達(dá)到顆粒吸附的作用范圍以內(nèi) )的機(jī)會(huì)。否則，若保持顆粒間的相對(duì)位置不變，即使顆粒的絮凝性能極為良好，也無(wú)法聚集?？梢酝ㄟ^(guò)三個(gè)途徑，使顆粒達(dá)到彼此的接觸：水分子的熱力運(yùn)動(dòng)、顆粒的沉速差異和水體的流動(dòng)。 所謂熱力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的顆粒碰撞，是由于水分子進(jìn)行的雜亂而沒(méi)有規(guī)則的運(yùn)動(dòng) (布朗運(yùn)動(dòng) )，不斷撞擊附近的膠體顆粒，使顆粒也進(jìn)行著雜亂而沒(méi)有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，從而獲得了顆粒彼此碰撞的機(jī)會(huì)。這種接觸機(jī)會(huì)與溫度有關(guān)，而與液體的流動(dòng)無(wú)關(guān)。因而只要保持溫度和時(shí)間的因素相同 ，熱力運(yùn)動(dòng)造成的碰撞也是相同的。 至于沉速差異產(chǎn)生的顆粒碰撞，往往在沉淀池中有明顯的作用。然而在絮凝池中，由于其顆粒一般尚屬細(xì)小，沉速不大，可以說(shuō)差異所產(chǎn)生的碰撞作用在絮凝池中，不占統(tǒng)治地位可予忽略。 一般認(rèn)為在絮凝池中，對(duì)顆粒碰撞起主導(dǎo)作用的主要是水體的流動(dòng)，也就是由于水體流動(dòng)所產(chǎn)生的能量損耗而造成的。 一般關(guān)于水體流動(dòng)所產(chǎn)生的碰撞公式可表示為： 322 / 3J G d N （ 2.1） 式中 ： J ： 單位時(shí)間單位體積內(nèi)顆粒接觸的機(jī)會(huì) ； D ： 顆粒的有效粒徑； 單位 m ； N ： 單位體積內(nèi)的顆粒數(shù) ； G ： 計(jì)算 范圍內(nèi)的絕對(duì)平均速度梯度 ；單位 1S 。 平均速度梯度值可用下式計(jì)算： 0 .5/GW （ 2.2） 式中： W:單位體積單位時(shí)間所消耗的功 ， 單位 KW ； 液體的動(dòng)力粘滯系數(shù)。 工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機(jī)的設(shè)計(jì) 11 一般認(rèn)為式 (1)只適用于層流，而大多數(shù)絮凝池的水源均屬紊流。對(duì)于紊流條件下顆粒的碰撞頻率， Levich 提出了如下公式： 0 . 533 01 2 /J d n （ 2.3） 式中： ： 系數(shù) ； 0： 有效 能量消耗率 ， 單位 KW 。 比較式 （ 2.1） 與式 （ 2.3） ，除了系數(shù)差別外，主要是式 （ 2.3） 所用的功為有效能量，而式 （ 2.1） 則采用計(jì)算的能量，兩者相差一個(gè)效率系數(shù)。而在實(shí)用上有效能量是難以確定的，仍需用計(jì)算的能量來(lái)表示。 因此，無(wú)論是式 （ 2.1） 或式 （ 2.3） ，作為單位時(shí)間單位體積內(nèi)顆粒碰撞的因素都是顆粒的粒徑、濃度以及水流的速度梯度。實(shí)際上，這里 包含了二個(gè)方面的內(nèi)容，即以顆粒的粒徑及濃度為代表的參與絮凝的水質(zhì)條件和以 G 為代表的絮凝池水力條件。由于粒徑和濃度已由真實(shí)水樣來(lái)模擬，因而只要保持 G 值相似，理論上即可得到同樣的顆粒碰撞條件。 但是應(yīng)該指出，顆粒的碰撞并不就是顆粒的聚集。對(duì)于不同絮凝能力的顆粒，在同樣碰撞次數(shù)時(shí)，應(yīng)該得到程度不同的聚集。也就是說(shuō)它們的有效聚集比例是各不相同的。但是，如采用真實(shí)水樣作為絮凝的模擬，則這一因素同樣可在實(shí)驗(yàn)中獲得反映。 另外，在模擬絮凝水力條件時(shí)還需考慮一個(gè)重要的現(xiàn)象，即絮凝體的破碎，或絮凝體大小的限制條件。絮凝體所能 承受的水流剪力是有限度的。隨著絮凝體的增大，相應(yīng)的抗剪能力會(huì)減弱。與水流共同運(yùn)動(dòng)的絮凝體，受到液體切應(yīng)力的作用。因此，當(dāng)液體的切應(yīng)力大于絮凝體的抗剪能力時(shí)，絮凝體將被破碎。因此在模擬絮凝反應(yīng)時(shí)，除了模擬顆粒碰撞而產(chǎn)生的聚集外，還需要模擬因液體的切應(yīng)力而產(chǎn)生的破碎。 眾所周知，液體的切應(yīng)力可由二部分組成，即粘滯阻力及混摻阻力。對(duì)于層流條件，切應(yīng)力純由粘滯阻力產(chǎn)生。對(duì)于紊流條件，則主要由混摻阻力產(chǎn)生 (除