对间断批料-连续溢流洗涤过程的研究.doc

安徽省化学化工学会选荐 一九八四年年会报告论文 对间断批料连续溢流洗涤过程de研究杜 昌 桂 （安徽省化工设计院）一 九 八 四 年 Study on Water Washing Process - Batch Feed and Continuous Water Overflow -Suggestions to Lower Washing Water Consumption in A Large Extent.Du ChangguiAnhui Design Institute of Chemical Industry(Abstract) This paper pointed out :batch feed and continuous water overflow washing process of the washing textile,leather,chemicals and non-domestic washing of domestic articles in daily life.This paper described the relation between the factors such as the water consum- ption ,waste constituent concentration in washing water,volume of vessel,flow rate of fresh water and time of washing per batch,in this process and derived the following equations: The equation of the concentration of the waste constituents in washing water of the nth batch, and the limit concentration of the waste constituents in washing water,Then solved for V and and obtained equations respectively.Through the analysis and examples of the applications of the equations in this pa-per drew the following principal conclusions:there is a limit concentration of the wa- ste constituents in washing water in this kind of washing process. Washing result low- ered rapidly batch after batch.As the batches increase the waste water will approach the limit concentration.If the quantity of feed per batch and waste constituent concen-tration in washing water remain constant,the lowering of waste content of the fre- washing feed stock especially less the volume of the washing vessel,can be lowered the washing water consumption and increased production in a large extent. This paper also put forward suggestions according to the above conclusion, to lower washing water consumption in a large extent.对间断批料连续溢流洗涤过程的研究内 容 摘 要 本文对化工和轻工以及人们的生活盥洗等常用的“批料、溢流”洗涤过程中有关耗水量（），物料清洁度（C），洗涤器容积（V0），以及洗涤时间（）等诸因数间的关系进行了研究，从而导出：第n批物料洗涤后的污水浓度方程为： 和污水的极限浓度方程为：并依此解出、等诸方程：经对上述诸方程的分析和例解，可以得出如下主要结论：“此类洗涤过程，洗涤液有一个极限浓度。批料的洗涤效果，逐批急速降低，并趋近这个极限浓度；若物料的量和清洁度不变，降低物料洗前含液量，特别是减小洗涤器的容积，可获大幅度降低洗涤水耗（即能耗）和增加生产的效果。”本文并据此提出大幅度降低此类洗涤能耗的措施和设计原则。对批料溢流洗涤过程的研究所谓批料溢流洗涤过程，是指大宗同质物料，等量、等时、分批地置于洗涤器内洗涤。一批结束，又换一批。开始时，洗涤器内予先注入一定容积的清水，待首批物料置入后，器内水位升高至满（或至溢流口），这时开始搅拌洗涤，并用连续等速的清水注向器内，污水则以同样的流量溢出器外。流水不息，批料不断洗涤更换。如此连续不已（如图1）。图1 间断物料连续溢流洗涤方法示意图目前我国许多化工和轻纺工业中的洗涤以及人们的生活盥洗等，常属此类。研究一下此类洗涤方式中，洗涤器的盛水容积，清水的流速，每批物料的洗涤时间，被洗涤物料的清洁度以及总的耗水量之间的关系，从而能找出增产、节水、减少污水量的措施来，这对增产、节水、节能、改善环保都有很大的理论和实践意义。设洗涤时由于物料的搓揉、翻展，水流的搀端，污水中的杂质时时都是均匀的。杂质对水容积的影响可以忽略不计。现令：V0为洗涤器的实际盛水容积（器满或至溢流口的容积减去物料的体积），m3；V为物料洗涤前后所附含的污水容积（设备批洗涤前后均相等），m3；为注入洗涤器的清水流速（亦即污水的排溢流速），m3/min；C为物料洗涤前所附含的污水浓度（设各批皆相等），mg/；Cn-0 为第n批物料开始洗涤时的污水浓度（第n批物料和第n-1批物料洗后污水中所含杂质之和除以V0），mg/；Cn-1 为第n-1批物料开始洗涤后的污水浓度（即用作洗涤n批的污水），mg/；Cn为第n批物料洗涤后的污水浓度，mg/；Ck为污水的极限浓度，mg/；为每批物料的洗涤时间，min；G为物料洗涤前所附含的杂质的总量（设各批相等），g；W为洗涤用水的时耗，m3/h第一批物料的洗涤，属于“固定物料，连续溢流”的类型。因此洗涤后浓度的计算，有如下式的形式： （1）第二批物料的洗涤是在污水浓度等于C1的污水中进行，亦属“固定资料，连续溢流”类型。洗涤后的污水浓度 （2）如此类推，第n批物料是在浓度等于Cn-1的污水中洗涤， 亦属“固定资料，连续溢流”类型。洗涤后的污水浓度 （3）各浓度间的关系（如图2）所示：图2 间断物料连续溢流洗涤法洗涤浓度迭代关系图 (4) (5)由式（3）得：代入（4）得：取因 C0=0故 （6）当生产能力和设施的尺寸确定以后，V0和（设每批洗涤时间相等）便是定值，再选定一个，则 令 则 （7）式（7）是一个代数函数。 当n=1时，Cn-1=C0=0由式（6）得：第一批物料洗涤后的污水浓度： （8）式（8）是一个指数衰减函数，C1将随着、的增大而递减；因指数中的V0比系数中的V0对C1的影响大，故C1将随着V0的加大而加大。令： ，由式（6）， 将C1、C2、C3代入C4，又因C0=0，故 C4 =（k-1C1-0+k-2C1-0+k-3C1-0+k-4C1-0） = k-1C1-0(1+k-1+k-2+k-3)依此类推得第n批物料洗涤后的污水浓度 （9）即 ： (10)式（9）是一个多项式。 即污水的极限浓度： （11） 式（11）是一个指数函数。Ck将随着、的增大而减小，随着V0的增大而增大。由式（6）， 当n趋近时，Cn-1、Cn同趋近于Ck， 分别对求解，经化简得清水的流速： （12）每批物料的洗涤时间： （13） 洗涤水的时耗： W=60v （14）例：现有大批物料待洗。洗涤池空有效盛水容积为1.04m3，今把物料等量、等时、分批间断地投池洗涤，经化验测定，每批物料体积为0.04m3，含杂质10g，清水以500L/min的速度连续注入池内，污水不断溢出，按产量要求，每批物料只能洗涤一分钟。设物料洗涤前后含水量相等。试计算：、第1批洗涤后的污水浓度，、第4批洗涤后的污水浓度，、污水的极限浓度，、极限浓度前各批洗涤后的污水浓度，、洗涤时间不变（定为1min），污水浓度定为20mg/1时的耗水量，、耗水量不变（定为500L/min），污水浓度为20mg/l时洗涤时间。已知：V0=1040-40=1000L，=500L/min，G=10000mg，=1min，C1-0=100001000=10mg/L解：、第一批洗涤后的污水浓度，由式（8）、第4批洗涤后的污水浓度，由式（10）、污水的极限浓度，由式（11）、极限浓度前各批洗后污水浓度，由式（6），当n=1时，见上， 当n=2时， 将计算结果列于表1，并作出图象（图3中的曲线I）。运用式（7）对本例的图象进行分析：式（7）： CN = K（C1-0+CN-1）当n = 1时， 当n 1时， Cn-1常大于0,Cn-1是步进前的Cn， Cn常大于Cn-1，Cn-1，Cn均常递增。可见本例出现的图象并非偶然图象，是此类洗涤过程的通象。表1 本例，极限浓度（小数4位）前各批物料洗涤后的污水浓度nCn-1CnnCn-1Cn1234567891011121306.0659.744111.975413.328714.149614.647414.949415.132615.243715.311015.351915.37676.0659.744111.975413.328714.149614.647414.949415.132615.243715.311015.351915.376715.391714151617181920212223242515.391715.400815.406415.409715.411815.412015.413715.414215.414515.414615.414715.414815.400815.406415.409715.411815.412015.413715.414215.414515.414615.414715.414815.4148另例验证：若V0=500L，G=10g，=1min，C1-0=20mg/l，将n = 1、2、3代入式（6），将计算结果列于表2，并作出图象（图3中的曲线II）。由曲线I、曲线II可见二者同属一类现象。表2 另例，极限浓度（小数4位）前各批物料洗涤后的污水浓度nCn-1CnnCn-1Cn1234567807.357610.064311.060111.426411.561111.610711.62907.357610.064311.060111.426411.561111.610711.629011.6357910111213141511.635711.638111.639011.639411.639511.639511.639611.638111.639011.639411.639511.639511.639611.6396、洗涤时间不变（定为1分钟），污水浓度定为20mg/L的耗水量，由式（12），由式（14）， 图3 极限浓度前各批物料洗涤后的污水中杂质浓度、耗水量不变，污水浓度定为20mg/l的洗涤时间，由式（13）， 现将上述种种研究扩大计算列于表3，并据此绘制图4，图5和图6，以资分析论证比较。图4 清水流量对平衡浓度的影响图5 有效盛水容积对平稳浓度图6 减少盛水容积对降低水耗的影响综观以上论述，再结合图表和例算，可以得出如下几点结论：1采用此类洗涤方法，只是起始几批具有一定洗涤效果。起始时，每洗涤一批，污水的浓度便大跨度地递增一次（即清洁度递减一次），无须多久，洗涤前后的污水浓度便皆激进至一定高度，且二者迅速接近，向一个极限浓度逼近。以后各批，其清洁度实际就变化很小了。2欲提高清洁度（即降低污水的极限浓度），可采取加大清水流速，或增加批料洗涤时间，或降低批料份量，或减少洗涤器有效盛水容积几种措施来实现。当然，可以同时采用其中两项或几项措施共同来实现。加大清水流速，即意味着增加水耗，且效果是有限的；增加批料洗涤时间，或降低批料份量都意味着降低产量，且效果也是有限的，故二者在实际生产中都不能考虑。减小洗涤器有效盛水容积，在既不增加水耗又不降低产量的情况下，就可以把清洁度提高。在产量和清洁度要求一定时，减小盛水容积，可使水耗大幅度地下降。（虽少量减小盛水容积对水耗的影响不大，但由于其允许变化的范围很大，若将其值降至很小时，便可获得十分惊人的效果）。当洗涤效果要求一定时，尽量减小洗涤器有效盛水容积，既可获大幅度降低水耗，也可同时使产量大幅度增加。所以，尽可能减小洗涤器的盛水容积，是增产、节约、节水、节能，减少污染的有效措施。3理论上，洗涤器的盛水容积越小越省水。但在实际生产中，洗涤器盛水容积的减小，受到能否使物料中的杂质，被洗涤液均匀疏散而带去等因素的限制。4尽可能减少物料残留污水量，可使总用水量成比例地降低。基于以上论述和例证。凡采用“批料溢流”洗涤方法时，都应本着“少量多次，倾尽搅匀和逆流再用”的洗涤原理，设计新型的洗涤设施。这种洗涤设施，在物料中杂质能被洗涤液均匀疏散而带去的前提下，应尽可能地缩小盛水容积。并设置搓揉挤压部件，以便减少物料残存污水量。表3 V0，分别对Ck和的影响效果比较表序号固定参数自变参数求解参数比率说明1GV0C1-0Ckrvr Ck1. 2.当V0较大时，保持(即产量)不变，观察增大v(即水耗)对降低Ck的效果。3Ck=f(v)见图4。100001000101100200300405.46540080095.084245.167128.58322015.41498.15971234.065810047.5030.0621.0316.218.582GV0C1-10Ckr Ck1.同上式。2.当V0较大时，保持不变，观察增大(即减产)对降低Ck的效果。1000010001010011.52.03.04.054795.084261.793245.167128.58292011.52.03.04.054710064.9947.5030.0621.033GV0C1-0Ckr V0r Ck1同上式。2当产量(即)和水耗(即)要求不变时，观察V0的减小对降低Ck的效果。3Ck=f(V0)见图5。1000010011000500200100502010102050100200500100.095.084290.331177.074958.197831.30483.39180.045810050201052110095.0081.0661.2032.923.570.0534GCkV0C1-0r V0r V1.当2.当产量(即)和清洁度(即Ck)要求不变时，观察减小洗涤器盛水容积(即V0)对降低水耗(W)的效果。3.见图6。10000201100050030010050302010102033.3100200333.35001000405.465346.575294.249179.176119.89591.33665.16239.318100503010532110085.4872.5744.1929.5722.5316.079.75GCkV0C1-01.同上式。2.Ck不变降低V0的增产节约效果。3.产量不变，可节水55.81%。4.产量不变，可节水90.3%。5.产量不变，可节水98.47%。6.水耗不变，可增产9.31倍。7.增产4倍，同时节水51.66%。8.增产3倍，同时节水61.28%。10000201000100101101010101001000100001000100010001111 0.0970