管式静态混合器流量如何计算.docx

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管式静态混合器流量如何计算

管式静态混合器流量怎么计算

根据静态混合器连续操作的特点,定义描述其混合效果的混合度表达式,并利用不相溶的两相流体混合后的体积等于它们各自体积之和的原理,建立动态求取各组分体积分数和流量分数的计算方法和实验装置.结果表明:

利用该方法测定静态混合器的混合效果避免了多点取样,提高了测量的准确性并减少了实验时间,可以用于混合产品质量的在线检测,并为静态混合器的结构设计和工艺设计提供参考依据.

2管式混合器　

  混合设备的基本要求是，药剂与水的混合必须均匀，混合设备种类较多，常用的有水泵混合，管式混合，机械混合。

水泵混合效果较好，不需要另外建设混合设施，节省动力，大中小型水厂均可以使用，但是采用三氯化铁作为混凝剂时，若投药量较大，药剂对水泵叶轮有轻微的腐蚀作用。

当水泵距离反应池较远时，不宜采用水泵混合。

机械混合是在池子内安装搅拌设备，以电动机驱动搅拌器使水与药剂混合，机械搅拌的优点是混合效果好，且不受水量变化的影响，适用于各种规模的水厂，缺点是增加机械设备并且相应增加维修费用，目前广泛采用的是管式混合器。

  方式优缺点适用条件

  管式混合优点：

1.设备简单2.不占地缺点:

1.当流量减小时可能在中反应混凝2.一般管道混合效果较差,但采用静态管式混合器效果好,但水头损失大.适用于流量变化不大的水厂

  混合池混合优点:

1.混合效果好2.某些池型能调节水头高低,适应流量变化缺点:

1.占地面积大2.某些进水方式要带入大量气体适用于大中型水厂

  水泵混合优点:

1.设备简单2.混合充分,混合效果好3.不消耗动能缺点:

吸水管较多时投药设备要增加,安装管理复杂适用于一级泵房距离处理构筑物120米以内的各种规模的水厂

  浆板式机械混合优点:

1.混合效果好2.水头损失小缺点:

1.需要动能设备2.管理维护比较复杂适用于各种规模的水厂

  杭州西区水厂设计采用静态管式混合器,静态管式混合器混合效果好,主要由混合组件构成,将它放入絮凝池进水管道中即可,混合组件可以用钢板剪切成椭圆形,在轴线处上下弯折成26.5度的夹角,各个组件相互垂直交叉,在端点处焊接既为一节组件。

  设计使用要求如下：

  混合组件数目为1-4节，流速小时采用上限

  水头损失等于

  Q-流量

  d-进水管管径m

  n-混合单元数

  一般静态管式混合器的水头损失为0.5米

  混凝剂采用聚合硫酸铁（ＰＦＳ），混凝工艺采用管式混合器，采用2节混合单元，流速为（在之间取值），进水管两根，投药设备混凝剂为PAC，混凝工艺采用管式静态混合器，混合元件数可为1-4节，取2节。

  水头损失

  一般水头损失要小于0.5m

  d=880mm,取0.9m

  加药点设在混合器进口处，并增加药液扩散器，使混凝剂在管道内很好扩散。

  药剂投配设备的设计

  药剂采用PAC，混凝剂最大投加量阿a=20mg/l

  溶液池

  溶解池药剂用泵投加

  取超高0.3m

  R=0.6取0.7m

  3.3隔板絮凝池

  3.3.1适用条件

（1）.产水量大于3万吨/天的水厂，单池水量为1000—10000吨/小时，否则隔板间距太小，不便施工和管理。

（2）.要求水量变动较小，以保证稳定的絮凝效果。

  （3）.一般和平流沉淀池和斜管沉淀池合建。

  3.3.2设计要求

（1）.絮凝时间一般为20—30分钟，色度高或较难婿凝的原水采用上限。

（2）.絮凝池一般应不少于两个或分成两格，以便清洗检修。

  （3）.絮凝池的廊道流速，从起端的0.5—0.6m/s，逐步递减到末端的0.2—0.3m/s，据此计算廊道的端面尺寸。

一般絮凝池做成平底，因此廊道宽度从起端到末端逐渐增大，但也可以做成坡底。

  （4）.隔板转弯处的过水断面面积为相邻廊道过水断面积的1.2—1.5倍。

  （5）.为便于施工，清洗和检修，隔板间距不能小于0.5米，水量小不能满足间距小于0.5米的要求时，可看情况采取措施，或减小絮凝池深度，或在絮凝池底部用混凝土或其它的材料填高，也可以将絮凝池建成上下两层，原水从下层进入，在进入上层，下层高度在1.7米以上，以便人工排泥，在下层适当部位应安装透气孔。

当原水含沙量大时，下层积泥较难清除，会影响絮凝效果。

  （6）.为便于排泥，隔板絮凝池应有0.02—0.03的底坡，并设直径大于150毫米的排泥管。

  （7）.往复式隔板絮凝池总水头损失约为0.3—0.5米，回转式在0.2—0.35之间。

  （8）.回转式絮凝池也可根据场地情况和沉淀池宽度，进行布置。

  （9）.絮凝池的平均速度剃度G一般在30—60，GT需达10000—100000（10）.隔板材料也可用一砖墙，预制混凝土插板或现浇钢筋混凝土柱间砌半砖墙等，墙身应有足够强度，以防倒塌。

  3.3.3计算公式

  网格絮凝池的计算公式如表

  项目公式说明

  池体积—流量（）T—絮凝时间（）—有效水深（）—竖井流速（）—各段孔洞流速（）—每层网格水头损失（）—每个孔洞水头损失（）—各段过网流速（）—网格阻力系数，前段取1.0，中段取0.3—孔洞阻力系数，可取3.0

  池面积

  池高

  分格面积

  分格数

  竖井之间孔洞尺寸

  总水头损失

  3.3.4絮凝池计算

  絮凝池净长度

  单池容积：

  池子长度：

B按沉淀池宽度采用14m

  池内平均深度

  池子长度（隔板间净距之和）：

  廊道宽度设计

  絮凝池起端流速取，末端流速取，首先根据起末端流速和平均水深算出起末端廊道宽度，然后按流速递减原则，决定廊道分段数和各廊道宽度。

  起端廊道宽度

  为便于施工和检修，隔板间净距一般宜大于0.5m，所以取b=0.5m

  末端廊道宽度，取b=0.9m

  廊道宽度分成4段，各段廊道宽度和流速见下表。

应注意，表中所求廊道内流速均按平均水深计算，故只是廊道真是流速的近似值，应为廊道水深是递减的。

不过，设计中这样已满足要求。

  廊道宽度和流速计算表

  廊道分段号1234

  各段廊道宽度（m）0.50.60.70.9

  各段廊道流速（m/s）0.380.320.270.21

  各段廊道数9875

  各段廊道总净宽（m）4.54.85.64.5

  四段廊道宽度之和：

  取隔板宽度δ=0.1m，共28块隔板，则絮凝池总长度L为：

  各段水头损失计算

  反应池采用钢筋混凝土及砖组合结构，外用水泥砂浆磨面，粗糙系数n=0.014

  第一段水流转弯次数为9次，廊道长度为

  反应池第一段水头损失：

  各段水头损失计算结果见表：

  各段水头损失计算

  段数

  191260.2320.340.3856.50.17

  281120.3160.270.3259.30.10

  37980.3570.230.2759.90.063

  44560.3960.190.2161.00.024

  GT值计算（t=20℃）：

  在~之间符合要求。

  池底坡度：

  ②.穿孔墙的设计：

  穿孔墙上的孔口流速采用0.2m/s,则孔口面积为，每个孔口的尺寸按照15cm×8cm,则孔口数目为

  ③.网格絮凝池与平流沉淀池之间的过渡区计算：

  网格絮凝池与平流沉淀池之间的过渡区的水深与絮凝池最后一个格子的水深相等，取为2.9米，则过渡区的长度为L

  取1.1米。

  ④.排泥管的设计：

  排泥管的直径一般为150mm-200mm.取排泥管的长度采用4米，直径为200mm.

  3.5流沉淀池的设计计算

  3.5.1设计说明

  ⑴.可以与隔板，折板，网格等絮凝池合建，两者中间用穿孔布水墙分隔。

因沉淀池出口流速缴低，因此穿孔墙的孔口（圆孔或者矩形孔）流速相适应。

孔口布置在沉淀池水位以下，积泥面以上的范围内。

  ⑵.需要不间断供水的水厂，池子数目或者格数不少于2组。

  ⑶.沉淀时间一般为1-3个小时，当原水浊度适中，水温较高时，可以采用1.0-1.5小时，当处理低温低浊水时，需要适当延长沉淀时间。

  ⑷.水平流速可采用10-25mm/s,池子内水流顺直，宜于采用长条式，尽量不用转折式布置。

  ⑸.有效水深一般为3.0-3.5米，有机械排泥时，有效水深一般为3.0米，超高为0.3米左右。

  ⑹.池子长宽比不小于4。

每米池宽可处理的水量约为2500-5000吨/天。

  ⑺.分格宽度一般为3-8米，最大不超过15米。

采用机械排泥时，还应按照标准跨度8，10，12，14，16，18，20米确定分格宽度。

  ⑻.长度比不小于10。

机械排泥时可以采用平池底。

斗底或者穿孔排泥管时，池底需要有坡向排泥斗的坡度。

  ⑼.出水堰的负荷率一般不大于21吨每天每米，但是由于水平流速提高后，流量增大，如果只在沉淀池的末端沿池的宽度设出水堰，已经无法满足上述负荷要求，因此常设置指行槽，以延长出水堰长度，指行槽间的净距应该不防碍吸泥机的来往操作。

出水堰可以作成薄壁堰，锯齿形三角堰或者淹没孔口。

为适应水位的变化和构筑物可能的沉陷，堰口的标高最好能上下调节。

  ⑽.排泥管的直径大于100-150mm.

  平流沉淀池的计算公式见下图：

  计算式符号意义

  池长——水平流速（）——沉淀时间（）——设计流量（）——有效水深（）——弗劳得数，在之间——池长宽比——水流断面面积（）——湿周（）——重力加速度——水的动力黏度（）

  池平面积

  池宽

  弗劳得数

  水力半径

  雷诺数

  3.5.2设计计算

  采用两组池子，每组池子设计流量为

  设计数据的选用

  表面负荷:

  沉淀池的停留时间:

  沉淀池的平均流速:

  计算

  沉淀池的表面积:

  沉淀池长:

  ，采用70m

  沉淀池宽:

  ，采用14m，由于宽度较大，沿纵向设置一道隔墙，分成两格，每格宽为7m。

排泥机选用GMN—7000型。

  沉淀池有效水深:

  采用3.6m（包括保护高）

  絮凝池与沉淀池之间采用穿孔布水墙，穿孔墙上的孔口流速采用0.2m/s,则孔口总面积为：

  每个孔口的尺寸为15cm×8cm，则孔口数为：

个

  沉淀池放空时间按照3个小时计，则放空管的直径按照公式：

  采用DN=350mm

  出水渠断面宽度采用1.0m，出水渠起端按照公式：

  为了保证堰口自由落水，出水堰保护高采用0.1m，则水深深度为0.68m，

  水力条件核算

  水流截面积:

W=7×3.3=23.1

  水流湿周:

X=7+2×3.3=13.6

  水力半径:

  弗劳德数:

在~之间，符合要求。

  雷诺数:

（按照水温20度计算）

  出水堰长度复核

  出水堰如图说示，每边长20m，每池出水堰长度为8×20=160m

  出水堰负荷率为符合要求

  集水槽设计计算：

  A.设计要求

  a.按照平面布置确定集水槽的条数。

  b.矩形池子的集水槽的中心距为1.2-1.8米。

圆形池子，当Q〈200-300时，可以用圆形槽，大于300时采用圆形槽加辐射槽。

  c.按照每条集水槽的集水流量（设计时考虑1.2-1.5的超负荷系数）确定集水槽的宽度：

式中Q为一条穿孔集水槽的流量

  d.集水槽堰口或孔口上水头损失采用0.05-0.07米。

为保证自由出流，孔口或堰口位于槽内水位以上0.07米左右。

  e.三角堰用钢板制成，堰口为90度，堰口高度为0.1米，堰口宽度为0.2米。

  B.集水槽的计算：

  集水槽尺寸计算：

  集水槽宽度

  为方便施工，槽底为平坡，设计取用槽的水深为0.20m，孔口出流孔口前水位0.05m，孔口出流跌落0.07m，槽超高0.2m，

  集水槽高度H=02+0.05+0.07+0.3=0.52m

  集水槽孔口出流，取孔口直径25mm，则单孔流量：

  孔口总数：

个

  每个集水槽单侧孔口数为：

个

  孔中心距

  3.5普通快滤池

  3.5.1设计说明

  滤池是地表水厂中不可缺少的净水构筑物，它是将沉淀池或者澄清池出来的浊度约为10度左右的水，进一步加以处理成为低浊水。

普通快滤池应用最为广泛，运行稳定可靠，适用于大中小型水厂。

普通快滤池每一个滤格需要有4个阀门，为了减少阀门和检修工作，普通快滤池的浑水进水阀和冲洗废水排水阀用两条虹吸管代替，只保留清水阀和冲洗水阀，就成了双阀滤池。

  A.适用条件：

  a.一般适用于大中型水厂，单池的面积不宜超过100，以免冲洗不均匀。

  b.可以与平流或斜管沉淀池组合使用，在原水浊度低，含藻量少时，可以考虑不经过沉淀池而直接过滤。

  c.普通快滤池的高度为3.0-3.2米，需要与絮凝沉淀和清水池的高度相配合

  B.设计要求：

  a.滤速：

石英砂单层滤料为8-10，双层滤料为10-14。

当1-2格滤池冲洗或检修时，其余滤池的滤速（强制滤速），单层石英砂为10-14，双层滤料为14-18，低温低浊水过滤时应选用低滤速。

  b.滤池总面积按设计产水量和滤速确定。

滤池的格数不得少于2格，单格面积小的滤池可以为正方形，中滤池可用矩形。

  c.滤格少于5个时可单排布置，阀门布置在一侧。

滤格多时可以采用两排。

  d.一般采用大阻力配水系统，为节约能耗或单池面积小时也可以采用小阻力配水系统。

  e.单层滤料一般采用石英砂，双层滤料的上层为无烟煤，下层为石英砂。

  粒径和滤层厚度见下表：

  类别粒径（mm）厚度（m）

  石英砂单层滤料D最小=0.5D最大=1.2<2.00.7

  双层滤料无烟煤D最小=0.8D最大=1.8<2.00.3-0.4

  石英砂D最小=0.5D最大=1.20.4

  f.滤池冲洗前的水头损失为2.0-2.5米（包括滤料层，承托层和配水系统等的水头损失）。

过滤周期为12-24小时。

后续清水池的水面标高，既等于滤池水面标高减去2.0-2.5米的期终水头损失和滤池至清水池间的联络管的水头损失。

  g.滤池高度应该包括承托层（采用小阻力配水系统时包括配水系统高度，承托层，砂面上水深（1.5-2.0米）以及超高，一般总高度在3.20-3.60米的范围内。

  h.滤层厚度范围内的池壁部分应该拉毛，壁面粗糙可以防止短流，以免影响出水水质。

  3.5.2设计计算

  设计数据：

  设定滤速为,冲洗强度为,冲洗时间为6min

  滤池面积及尺寸：

  滤池工作时间为24小时，冲洗时间为12小时，滤池实际工作时间：

（式中只考虑反冲洗停留时间，不考虑排放初滤水）

  滤池面积为：

  采用滤池数N=6个，

  每个滤池面积：

  采用滤池长宽比：

左右

  采用滤池尺寸：

L=10.5B=7

  校核强制滤速为：

  滤池高度：

  支承层高度为H采用0.45m，采用卵石或碎石。

  滤料层高度采用0.9m。

（单层石英砂滤料）

  砂面上水深采用1.7m

  超高采用0.30m

  故滤池总高度

  配水系统（每只滤池）

  滤池配水系统的作用是，过滤时均匀收集过滤水，冲洗时均匀分布冲洗水。

配水系统位于滤池底部，根据滤池冲洗水通过该系统时的阻力大小，分为大阻力，中阻力和小阻力配水系统，快滤池一般采用大阻力配水系统或滤砖等中阻力配水系统。

  常用中小阻力配水系统构造和优缺点见下表：

  类型构造优缺点

  钢筋混凝土孔板1.每块滤砖大小可以由滤池尺寸决定，但应小于800×800mm,板厚一般为100mm2.孔眼可以上大下小成喇叭形，或上下相同的圆孔，开孔率在1%左右3.孔眼流速为1.0-1.5，孔眼水头损失为0.1-0.3米4.配水室的高度，既孔板高于滤池底的高度在0.4米以上5.承托层厚度200mm-300mm，粒径2-16mm优点:

1.强度和耐久性较好,不宜损坏2.滤板大小和开孔比易于控制3.价格较低缺点:

1.尼龙网应该小心铺设,以免滤料漏下2.尼龙网易于老化变质,更换不便,近来有不用的趋势

  双层滤砖1.滤砖用陶瓷或钢筋混凝土制成.铺设时,滤下部连通,上层用木板隔开,并用1:

2的水泥沙浆摸平2.双层滤料的尺寸:

长600mm,宽280mm,高250mm,1平方米铺设6块3.上层96个配水孔,孔径4mm,下层4孔,孔径25mm4.承托层厚度250mm5.水头损失0.5-0.6米优点:

配水较均匀缺点:

价格较高

  设计计算:

  ①干管:

  干管流量为

  采用管径

  干管始端流速采用，在0.8~1.2m/s之间，合格。

  ②支管:

  支管中心间距采用（0.25-0.3）

  每池支管数根

  每根支管入口流量

  采用管径

  支管始端流速采用在1.4~1.8m/s之间，符合要求。

  ③孔眼布置

  支管孔眼总面积与滤池面积之比，K采用0.25%

  孔眼总面积

  采用孔眼直径9mm，每个孔眼面积

  孔眼总数个

  每根支管孔眼数个

  支管孔眼布置两排,与垂线成45度角向下交错排列

  每根支管长度

  每排孔眼中心距

  ④孔眼水头损失

  支管壁厚采用s=5mm

  孔眼直径与壁厚之比

  流量系数查表6-30

  水头损失为

  ⑤复算配水系统

  支管长度与直径之比不大于60

  孔眼总面积与支管总横截面积之比小于0.5

  孔眼中心距应小于0.2

  干管横截面积与支管总横截面积之比为1.75~2.0

  洗砂排水槽

  设计要求

  ①.排水槽总平面面积应小于滤池面积的1/4。

  ②.排水槽的中心距离S为1.5-2.1米，槽长度不大于6米。

  ③.排水槽底可以作成平坡，整条槽的断面相同，标准尺寸见下图，模数X为

  ④.排水槽顶高出滤层表面：

  ——滤层厚度

  ——滤层膨胀率，石英砂滤料为45%

  ——槽底厚度，0.05—0.08米

  0.07米——超高

  ⑤.排水槽接入矩形排水渠时，渠底距离槽底的高度为：

  Q——滤池冲洗流量

  F——滤池面积

  B——排水渠宽度

  ——冲洗强度

  ——重力加速度

  0.2——安全高度

  设计计算：

  洗砂排水槽中心距,采用

  排水槽根数根

  排水槽长度

  每槽排水量

  采用三角形标准断面:

  槽中流速,采用

  槽断面尺寸m,采用0.29m

  排水槽厚度,采用

  砂层最大膨胀率e=45％

  砂层厚度

  洗砂排水槽顶距砂面高度:

:

  洗砂排水槽总平面面积：

  复算：

排水槽总平面面积与滤池面积之比，一般小于25％

  ％25％

  滤池各种管渠计算

  ①进水：

（0.8-1.0m/s）

  进水总流量：

  采用进水渠断面：

渠宽，水深为1.0m

  渠中流速：

在0.8~1.0m/s之间，符合要求。

  各个滤池进水管流量：

  采用进水管直径

  管中流速

  ②冲洗水（2.0-2.5m/s）

  冲洗水总流量

  采用管径

  管中流速

  ③清水（0.8-1.2m/s）

  清水总流量

  清水渠断面同进水渠断面（便于布置）

  每个滤池清水管流量

  采用管径

  管中流速

  ③排水（1.0-1.5m/s）

  排水流量

  排水渠断面同进水渠断面

  渠中流速

  滤池冲洗

  滤池冲洗的目的是去除过滤后滤层中的积存的悬浮物，重新恢复过滤能力。

冲洗的方式有3种：

单独水冲洗，水冲洗加表面冲洗，气水反冲洗。

单独用水冲洗应用的较多，各种滤池均可以使用。

当单独用水反冲洗不能达到效果时，可以增设表面冲洗装置。

气水反冲洗可以节约冲洗水量，冲洗效果较好。

  设计要求：

  ①水冲洗时的要求见表：

  滤层冲洗强度（l/sm）膨胀率（%）冲洗时间t（min）

  石英砂滤料12-15457-5

  煤砂双层滤料13-16508-6

  煤砂重质矿三层滤料16-17557-5

  ②.为了防止双层滤料在冲洗时流失，一年中在高水温和低水温时可以适当调整冲洗强度

  ③.用水塔冲洗时，水塔的水深一般不宜小于3米，以免水位变化影响冲洗强度。

也可以在滤池操作廊上部设冲洗水箱，但应注意施工质量，防止漏水。

  ④.水厂供电量足够时，可以设置专门的冲洗泵冲洗水塔。

水泵从清水池吸水。

  设计计算：

  冲洗时间t=6分钟

  冲洗水箱容积：

  水箱底至滤池配水管间的沿途及局部损失之和

  配水系统水头损失为：

  承托层水头损失：

  滤料层水头损失：

  安全富余水头，采用

  冲洗水箱应高出洗砂排水槽面