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：

Q1=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

Q=Q1/ 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：

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：

??100m==1.031g/ml

V水??V95?2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=60πD2S nψr C/4-----------------------------------------------------------① Q=47.1D2S nψr 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） 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 物料容积密度 填充系数 物料特性系数 物料特性系数 物料阻力系数 单位 煤粉 t/m3 0.6 ψ 0.4 水泥 1.25 生料 1.1 碎石 1.3 石灰 0.9 0.25~0.3 0.25~0.3 0.25~0.3 0.35~0.4 0.0565 35 1.5 0.0565 35 2.5 0.0415 75 —— K1 0.0415 0.0565 75 1.2 35 2.5 表2

K2 ξ 倾斜角 0° ≤5° 0.9 ≤10° 0.8 ≤15° 0.7 ≤20° 0.65 倾斜度系数 1.0

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

Q?60?3.14?0.062?0.8?0.06?30?0.3?2.7?1.0?1/4

=0.20（t/h） =3.33（kg/min）

螺旋叶片的极限转速计算公式为

nmax?K2/D-----------------------------------------------------------------------② 参考表1，高锰酸钾的特性系数K2取75，由公式②可得

nmax?75/0.06=306（r/min）＞30（r/min）

螺旋机的轴功率计算公式为：

N0?QK3(?Ln?H)/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：

N1?11N0 代入公式③可得

N1=11×0.20×1.3×（3.0×1.0+0）/367 =0.023 kw 所需的电动机功率为

N?N1/? -------------------------------------------------------------------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=0.025 kw

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 循环速率 均相系混合 分散 低粘度液 高粘度液 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） ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 流动状态 连续相 湍流扩散 ◎ ◎ ◎ ◎ * * ○ ○ 剪切流 ◎ ◎ ◎ ○ ◎ ◎ ○ 相对速度 ◎ ◎ ○ 粘度差 ◎ ○ ◎ 密度差 ◎ ◎ ◎ ○ 物性 扩散系数 ○ ◎ ○ ○ 表面张力 ○ ○ ◎ 导热系数 ◎ 粒径分布及浓度 ◎ ◎ 粘度 密度 比热 ○ ◎ ○ ◎ ○ ○ ○ ○ 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 对流湍流剪切循环 扩散 流 低粘度混合 搅拌目的 高粘分散 溶解 固体气体结晶 传热 液相度液悬浮 吸收 反应 混合传热反应 ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ 搅拌容器容积m3 转速最高范围粘度r/min Pa·s 涡轮式 桨式 推进式 折叶开启涡轮式 布鲁马金式 锚式 螺杆式 螺带式 ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ 1~100 1~200 1~300 1~300 50 50 2 50 50 100 100 100 1~1000 1~500 1~1000 1~300 1~100 1~100 1~50 1~50 1~300 1~100 0.5~50 0.5~50 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~，此处取。

3241W/D=

4D/T=

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

1D??800?267mm，圆整为260mm。

3叶片的宽度为

1W=×270=67.5 mm

4搅拌器的安装高度为 C=1.2×270=324 mm

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

60v ?D60?5 =

3.14?0.26 n? =367 r/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Re计算公式为

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