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

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喷淋塔高锰酸钾浓度控制在0.05%~0.2%围；

②搅拌罐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，喷淋塔的储水量为23吨，假设喷淋塔的溶液浓度为0.05%，每周小时循环水的更新量为11.5吨。

5.1搅拌罐

喷淋塔溶液的高锰酸钾含量为：

23×10³×0.05%=11.5kg

每周喷淋塔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

0.4

0.25~0.3

0.35~0.4

物料特性系数

0.0415

0.0565

0.0415

物料特性系数

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：

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

桨式

◆

1~200

1~300

推进式

◆

1~1000

1~500

折叶开启涡轮式

◆

1~1000

1~300

布鲁马金式

◆

1~100

1~300

锚式

◆

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

×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

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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