絮凝池及其搅拌机的设计

摘要完成絮凝过程的絮凝池(一般常称反应池)，在净水处理中占有重要的地位。天然水中的悬浮物质及肢体物质的粒径非常细小。为去除这些物质通常借助于混凝的手段，也就是说在原水中加入适当的混凝剂，经过充分混和，使胶体稳定性被坏(脱稳）并与混凝剂水介后的聚合物相吸附，使颗粒具有絮凝性能。而絮凝池的目的就是创造合适的水力条件使这种具有絮凝性能的颗粒在相互接触中聚集，以形成较大的絮凝体(絮粒)。因此，絮凝池设计是否确当，关系到絮凝的效果，而絮凝的效果又直接影响后续处理的沉淀效果。絮凝搅拌机是絮凝池机械搅拌的装置，它主要用于废水处理的搅拌过程。本设计提到了絮凝池的设计，搅拌机的设计以及其工艺流程。关键词： 絮凝池 混凝剂 沉淀效果 絮凝性能AbstractAccomplish flocculation process flocculation pool (call reaction in general often pool) , handle middle in clean water occupying important position. Natural water suspension matter and limb matter grain diameter are very trivial.Be to dislodge these matter being backed by the means drifting along curdling generally , that is ,add the appropriate coagulant , blend through sufficiently in raw water, let colloid stability be spoiled the polymer (coming off after steady) and being situated between with coagulant water looks at and appraises an adsorption , makes a pellet have the flocculation function. But, that flocculation pool purpose is to create appropriate waterpower condition makes this have flocculation function pellet assembling, to form bigger flocculation body (catkin granule) in contacting middle mutually. But therefore, flocculation pool designs thinking that indeed or not, effect being related to a flocculation, the flocculation effect has direct impact to follow-up treatment precipitayion effect. The flocculation mixer is flocculation pool mechanical rabble device , it is used for the waste water treatment mixing process mainly. Design the design having mentioned flocculation pool originally, the mixer design and whose process flow.Keywords: Flocculation pool Coagulant Precipitayion effect Flocculation function宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计1宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计0目录1 前 言 .11.1 毕业设计课题的目的、意义、国内外现状 .11.1.1 毕业设计课题的目的、意义 .11.1.2 国内外污水处理的现状 .11.2 搅拌机在污水处理中的作用 .21.2.1 搅拌机的发展概述 .21.2.2 反应搅拌机的工作原理 .21.3 絮凝的工作原理 .31.4 水处理中的搅拌设备 .31.5 絮凝搅拌机的适应条件和构造 .31.5.1 絮凝搅拌机的适应条件 .31.5.2 絮凝搅拌机的构造 .41.6 本课题的设计思路 .52 絮凝池的设计 .62.1 絮凝池的设计探讨 .62.1.1 絮凝的相似关系 .72.1.2 假设和设想 .102.2 絮凝池的设计要求及结果 .153 絮凝搅拌机的设计 .163.1 设计原始数据 .163.2 设计要点 .163.3 设计计算数据 .163.4 桨叶的设计 .173.4.1桨叶结构尺寸确定 .173.4.2搅拌器转速计算 .173.4.3搅拌功率计算 .194 电动机及减速器的选型 .214.1 减速器和电动机的选型条件 .214.2 电动机与减速器的选择 .214.4 搅拌轴的设计及其结果验证 .234.5 轴与桨叶、联轴器的连接 .244.5.1连接形式 .244.5.2联轴器与轴的连接 .244.6 轴承的选型及轴的最终确定 .245 支撑装置设计 .255.1 搅拌机的支承部分 .255.1.1机座 .255.1.2轴承装置 .265.2 水下支撑座的设计 .26宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计15.2.1轴承的选型 .265.2.2支撑套的设计 .276 轴的密封 .287 结 论 .30符号说明 .31参考文献 .32谢 辞 .33附 件 .34外文翻译 .35宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计11 前 言1.1 毕业设计课题的目的、意义、国内外现状1.1.1 毕业设计课题的目的、意义废水处理中反应搅拌机的目的是借助搅拌器的作用是使废水中的胶体颗粒絮凝形成较大的颗粒，以利沉淀，以满足水处理中水质净化的要求。本题目主要涉及水处理中絮凝工艺中反应搅拌机的设备设计，主要解决的问题是水处理中该设备的设计，包括：絮凝搅拌机、电动机及减速器的选型、支撑装置设计、轴的密封设置、絮凝池的设计，并画出相应的设备图。1.1.2 国内外污水处理的现状我国污水处理事业的历史始于 1921年，到改革开放的近二十年来取得了迅速的发展，但仍然滞后于城市发展的需要。据统计，到 2000年底，全国已建设城市污水处理厂 427座，其中二级处理厂 282座。这些污水处理厂的建设，极大地提高了城市污水的处理水平，但处理量的增加仍远远滞后于污水排放量的增长，我国的污水处理事业的实际情况是污水处理率低，很多老城区的排水管网甚至不成系统。城市污水处理能力增长缓慢和污水处理率低是造成我国水环境污染的主要原因，由此导致了水环境的持续恶化，并严重的制约了我国经济与社会的发展。我国城市污水处理能力增长缓慢的主要原因可以归结为：污水处理技术落后：城市污水处理技术是城市污水处理设施能否高效运转的关键，就目前的发展状况来看，在中小城市污水处理方面，尚缺乏适合我国实际国情的污水处理技术和设备。因此，探索和发展适合我国国情的中小城市（镇）污水处理工艺，掌握一批在中小城市（镇）具有代表性的污染源的治理技术和城市污水处理技术，就势在必行。在过去的 30年中，美国通过建设污水处理厂，成功解决了来自城市和工业方面的点源污染问题，但在达到可以游泳和渔业用水的要求方面，仍然遇到了很多困难。由于现在的水污染大部分是来自分散的非点源，对于这些非点源污染，控制措施和相关费用都具有很高的不确定性，今后城市在污水处理方面能够或应该做到什么程度，目前正在进宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计2行激烈的争论。合流制污水管网的老城市需要大量投资，来减少在雨季的污水溢流，而迅速发展的新兴城市又临着处理能力不足，导致生活污水管网溢流的问题。1.2 搅拌机在污水处理中的作用1.2.1 搅拌机的发展概述搅拌机的操作性能直接关系到产品的质量、能耗和生产成本，工程界和学术界对搅拌混合都非常重视，进行了大量的研究工作，取得了不少的研究成果。搅拌器是化学工程和生物工程中最常见也是最重要的单元设备之一。目前，搅拌器的选型和内构件的设计在很大程度上依赖试验和经验，对放大规模还缺乏深入的认识，对于能耗和生产成本只能在一定规模的生产装置上对比后才能得出结论，由于对产品的回收率和质量要求越来越高，对搅拌器的研究日趋深入，已从早期对搅拌功率和混合时间的研究，20 世纪 80年代对反应釜内的流体速度场分布的研究，进入 20世纪 90年代以来的搅拌釜内三维流场的数值模拟研究。流场数值模拟必须在深入进行流体力学研究的基础上，综合考虑流体流动的三维性、随机性、非线性和边界条件不确定性。通过数值模拟不但可以解决反应器的放大机理，而且可以优化设计开发新型高效搅拌器，使机械搅拌器的设计理论更加完善。1.2.2 反应搅拌机的工作原理对于不同的介质，不同的化学反应过程，要求搅拌装置的结构和搅拌速度不同，根据不同的场合一般分为以下几种情况：1、液-液互溶系统的场合，一般采用低速搅拌就能足够完成，这种场合常用浆叶式搅拌装置。2、液-液互不相溶的场合，这种场合则需要强烈的上下翻滚，常用浆叶搅拌器，在釜体内加有一定形状的挡板，或采用推进式搅拌器。3、反应介质里有少量的固体且不易沉降时可采用比较缓和的搅拌，反之当反应介质或反应过程的生成物中固体较多，且容易沉降时必须采用强烈的上下的翻动的搅拌，这些搅拌均属于固-液相的搅拌系统。在本人设计的课题中搅拌器中所搅拌的介质是废水，废水处理中反应搅拌机的目的是由电机作为驱动装置，经减速器联轴器带到直桨叶旋转使胶体颗粒絮凝形成较大的颗粒，以利沉淀，以满足水处理中水质净化的要求。宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计31.3 絮凝的工作原理胶体的脱稳阶段是第一阶段，絮凝是第二阶段，而絮凝指胶体脱稳以后结成大颗粒絮体的阶段。第一阶段相当于给水处理中加药混合后的极短的一段时间，可能在一秒钟内，而絮凝则主要是在反应设备中完成的。这是水处理中常用的方法。其工作原理如图 1-1。废 水 投 药 混 合 反 应 沉淀分离沉淀慢速搅拌急速搅拌出水1.4 水处理中的搅拌设备水处理中的搅拌设备，分成溶药搅拌，混合搅拌，絮凝搅拌。澄清池搅拌，消化池搅拌和水下搅拌六种类型。絮凝搅拌是水处理的重要方法之一或基本单元操作之一，而且往往是必不可少的。它在生活饮用水、工业用水、工业废水及生活污水的处理中都有广泛的应用，因而学习和研究絮凝科学及其在水处理中的应用具有十分重要的意义。其中絮凝搅拌机分为：刚性连接搅拌机和弹性连接搅拌机。本设计主要讨论的是刚性连接搅拌机。刚性连接搅拌机由：电动机，减速器，刚性联轴器，机座。轴承，搅拌轴，搅拌器。搅拌设备的工作部分，有搅拌器，搅拌轴和搅拌附件组成。1.5 絮凝搅拌机的适应条件和构造1.5.1 絮凝搅拌机的适应条件絮凝搅拌机用于给水排水主力中混凝过程中的絮凝阶段。絮凝搅拌的作用是促使水中的胶体颗粒发生碰撞，吸附并逐渐结成一定大小的帆花，试绝大部分帆花截留在沉淀池内。搅拌强度和搅拌时间是决定絮凝效果的关键。 絮凝池内搅拌强度(即搅拌速度梯度絮凝剂图 1-1 絮凝沉淀处理流程示意图宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计4值 G)应递减，各档搅拌器桨叶中心处的线速度依次逐渐减慢，且要有足够的搅拌时间来完成絮凝过程。絮凝搅拌机可满足絮凝规律的要求，使絮凝过程中各段具有不同的搅拌强度，可以适合水量和水温的变化，优点是水头损坏小，池体结构简单，外加能量组合方便。絮凝搅拌机设置无级调速后可随水量，原水浊度和投药量的变化而调整搅拌强度，达到满意的絮凝效果，节约药剂的用量。絮凝搅拌机根据搅拌轴的安装分式分为立式搅拌机和卧失搅拌机两种。卧式絮凝搅拌机的桨板接近池底旋转，一般絮凝池不存在积泥问题。1.5.2 絮凝搅拌机的构造立式搅拌机有工作部分(垂直搅拌轴，框式搅拌器)，支承部分(轴承装置，机座)和驱动部分(电动机，摆线针轮减速机)组成。如图 1-2。宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计5图 1-2 立体搅拌机总体结构图框式搅拌器分直桨叶，斜桨叶和网桨叶三种。 直桨叶是最常用的一种普通桨叶，其结构如图 1-3。图 1-3 直桨叶框式搅拌器示意图1.6 本课题的设计思路(1).絮凝池的结构尺寸的确定；(2).搅拌机大小的确定及转速和功率的计算；(3).由搅拌机功率来做电机的选型设计；(4).由电机的型号尺寸来做联轴器的选型设计；(5).由联轴器的型号尺寸来决定轴径以及对所决定的轴径进行计算验证；(6).由轴径来做轴承的选型；(7).由轴承的尺寸来做机座及支撑座的选型设计。宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计62 絮凝池的设计2.1 絮凝池的设计探讨完成絮凝过程的絮凝池(一般常称反应池)，在净水处理中占有重要的地位。天然水中的悬浮物质及肢体物质的粒径非常细小。为去除这些物质通常借助于混凝的手段，也就是说在原水中加入适当的混凝剂，经过充分混和，使胶体稳定性被坏(脱稳）并与混凝剂水介后的聚合物相吸附，使颗粒具有絮凝性能。而絮凝池的目的就是创造合适的水力条件使这种具有絮凝性能的颗粒在相互接触中聚集，以形成较大的絮凝体(絮粒)。因此，絮凝池设计是否确当，关系到絮凝的效果，而絮凝的效果又直接影响后续处理的沉淀效果。当然，