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管道靜態混合器

日期:2014/12/1 14:42:03 人氣:2358

1、概念
靜態混合器是一種新型的化工單元設備,自70年代開始應用後,迅速在國內外各個領域得到推廣應用。眾所周知,對於二股流體的混合,一般用攪拌的方法。這是一種動態的混合設備,設備中有運動部件。而靜態混合器內主要構件靜態混合單元在混合過程中自身並不運動,而是憑借流體本身的能量並借助靜態混合單元的作用使流體得到分散混合,設備內無一運動部件。
2、靜態混合器的混合形態
靜態混合器在基本工藝流程中的組合方法見下圖所示的兩種類型。在實際應用中往往將多種基本流程組合在一起使用。兩種液體匯合部位的結構,應根據液體的粘度、密度、混合比、互溶性等來確定。尤其當兩種液體一接觸就反應或凝膠而相變時,更要注意匯合部位的結構、流速以及混合器的選擇。
層流的混合
經靜態混合器混合後的流體的混合形態,與經具有傳動部件的混合機或攪拌機混合的混合形態有明顯的差別。圖二表示采用靜態混合器混合兩種流體是產生的典型層流混合狀態。混合狀態由條帶狀變為連續的或不連續的線狀及粒子狀,而狀態的變化取決於流體混合時的雷諾數和韋伯數。例如:當流速、粘度、混合器直徑一定時,如果流體間表麵張力大,流體的混合形態則從條帶狀轉向線狀,進而變化到粒子狀。混合器單元數、管徑和流速的選定混合器的單元數和直徑隨流體的性質(粘度、互溶性、密度)、混合比、希望達到的混合狀態、接觸麵上液體的結構變化等而不同,可通過試驗和經驗來確定。通常基於雷諾數並經試驗確定混合器的放大倍數。但當雷諾數Re<100(嚴格地說在1以下)時,混合程度、混合狀態與雷諾數無關,隻取決於混合器的單元數。因此,隻要混合統一流體,不論其流速和混合器直徑多大,經試驗確定的單元數都適用。混合器管內流速越大,混合效果越好。但流速太大,壓力損失增加,提高了加壓泵的揚程,能耗多。因此選定流速有一個較優的範圍。
湍流混合適合於湍流混合的靜態混合器采用的是扭曲葉片的形式。其理由是,隨著流速的增大,在流動的斷麵方向會產生很多激烈的渦流和很強的剪切力。由於這種強大的剪切力的存在,故可地發生氣液、液液、固液等的分散及液液、固液的溶解。
除扭曲葉片的形式外,其它形式的靜態混合器也可以進行湍流混合,但其供給流體的能量大多消耗於流體與壁麵的摩擦,用於流體之間的摩擦很少。所以,從耗能的角度來看,這些結構劣於扭曲葉片的形式的混合器。
3、流體的混合機理
對於層流和湍流等不同的場合,靜態混合器內流體混合的機理差別很大。層流時是“分割---位置移動---重新匯合”的三要素對流體進行有規則的反複作用,從而達到混合;湍流時,除以上三要素外,由於流體在流動的斷麵方向產生劇烈的渦流,有很強的剪切力作用於流體,使流體的細微部分進一步被分割而混合。
4、靜態混合器具有以下特點:
①混合性能好,效率高,易實現連續化生產,降低勞動強度,提高生產效率;
②操作彈性大,操作穩定;
③放大效應小,放大容易;靜態混合器型號、規格多,適用範圍廣;
④結構簡單,設備體積小,占地麵積小,不易損壞,設備費用低;
⑤能耗低,操作費用小。
混合反應技術
原則上,靜態混合器在不使用機械攪拌單元的情況下就能實現混合。運動部分僅限於被混合的各種物料組分。
產品混合所需要的能源直接來自流體本身,固定的混合單元能連續地對流體進行分切、擴散和重新分配。混合所需要的動能來自泵裝置。
實際上,靜態混合器具有體積小、維護方便、安裝簡單、可拆卸和可靠性高等特點。
所有傳質行業的連續工藝都采用混合和反應技術。
5、應用領域
靜態混合器的發展始於70年代初,在化工、石油、化纖、油脂、食品和環境保護等領域逐步得到應用,而且在作為化工單元操作的交辦、萃取、氣體吸收、反應、熱交換、溶解、分散、粉粒料的混合等方麵迅速發展,進而使利用這種特點的應用機械和應用係統的開發不斷地取得可喜的成果。
6、水處理領域
在水處理領域,混合和接觸是為重要的單元操作,它會對各個處理階段的效果產生根本性的影響,甚至會影響到整個處理工藝的終結果。對水質要求的提高導致不斷地改進淨化工藝。這是的在線靜態混合器在本領域的使用(用來進行混合和接觸操作)得到明顯增加。
用於混合和接觸操作的靜態混合器安裝在工藝物流的管線中。相關的管道或管路可以是圓形、方形或長方形。不同設計和不同物料使用不同的混合器,從而更好的滿足各種工藝要求。
6.1功能
靜態混合器主要由有序的導向板組成,而導向板會對流過管道的物料產生規則性的徑向混合。流動途徑具有一定的幾何形狀,因此可排除任何隨機性混合。混合任務因此能在非常短的流距之內完成。
與攪拌槽或空管係統不同的是,靜態混合器能確保對整個液體流進行強製性混合接觸。
混合或傳質所需要的能量來自主流體本身,這表現為相對於空管係統來說具有的較高壓降。壓降數值取決於混合器的設計及相關的操作條件,一般來說在0.02-3mwg的範圍之內。與動態攪拌器相比,靜態混合器所需要的能量至少小一個數量級。此外,能量能夠通過整個混合器容積均勻的進行消散。
6.2特性
混合器單元麵到麵的長度非常短(為管徑的1-5倍),因此,所需的安裝空間也很小。重新安裝到裝置中在一般情況下不會出現任何問題。作為一個慣例,混合器的直徑和連接管道的直徑相同。
即使在操作條件不斷變化的情況下,混合效果也能夠保持穩定。諸如絮凝劑之類的添加劑能夠被快速而均勻的分散開。沒有必要過量的進行進料(已經證明可節約高達45%的物料)。
混合器能夠對整個工藝物流進行強製性混合。因此可大大的降低儲槽體積,甚至可以不使用儲槽。
由於流體在整個截麵上的濃度都是連續而平衡的,測量因此具有很高的代表性。
能夠很快的啟動裝置。連續運行為一種穩定狀態。所得到的測量數據具有代表性,因此能對裝置進行的控製。
壓降和能量消耗很低。
靜態混合器沒有運動部件。因此不存在磨損,所需要的維護工作量也很小。
在安裝方式和材質方麵具有很高的靈活性。靜態混合器的截麵可以是圓形、方形或長方形;也可以安裝在一個開放的管道中。混合器的材質可采用不鏽鋼、碳鋼、PP、PVDF或玻璃鋼。
絮凝作用
為了得到佳的絮凝效果,要盡快均勻的將PAC、FeCl3、FeSO4或高分子電解質分布到整個工藝物料流中。通過使用混合器就能夠很理想的達到這些目的。液體強製性混合器能夠確保整個物流在數秒之內均勻地混合,藥劑實際節省量可高達45%。
絮凝劑的在線稀釋
為使絮凝劑具有佳的活性,在將其加入到汙水之前,使用體積為10-100倍的水來稀釋。由於初級溶液在一般情況下都為高粘度溶液,在水中不能夠自動的被稀釋,因此要確保混合的徹底性。高分子聚合物在水中分布越均勻,則其活性也越大。使用靜態混合器能夠確保混合。靜態混合器的使用能夠減少絮凝劑的使用量,因此能夠節省成本。
混合消毒劑
快速混合接觸消毒技術用於中水處理
次氯酸鈉在水溶液中離解成HOCl 和OCl - 離子,即遊離氯,其中HOCl 起主要殺菌作用。處理後的中水中殘留的有機物與氯生成的化合物無殺菌能力。為了充分發揮HOCl 的殺菌作用,要求在加次氯酸鈉後HOCl尚未與有機物反應之前,在幾秒時間內迅速完成殺菌作用。中水處理後投加次氯酸鈉消毒時,快速混合接觸極為重要。
靜態混合器作用
靜態混合器選用結構簡單的螺旋形混合器,是在管道內安裝一定數量的左旋右旋元件(見圖1) 。投加次氯酸鈉溶液後的水流經靜態混合器時有3種混合作用:
(1)分割作用。每個元件將水流一分為二,如果混合器內有6 個元件,水流被分割成26 即64 股。水流被分割後液層厚度很薄,使細菌暴露於HOCl 之中,加大了接觸麵積,易被殺滅。
(2)轉換作用(徑向旋渦反轉作用)水流在各斷麵內沿管中心軸線產生交替反向的渦流,增強了混合接觸作用。
(3)反轉作用。在混合器內水流經右旋元件和左旋元件的旋轉方向相反交替,提高了混合接觸效率。
7、靜態混合器的工作範圍和安裝位置
靜態混合器具有很廣的工作範圍。用於液體混合時,靜態混合器的流體流動速率一般設計為0.5-1.5m/s。但是,即便在較低流動速率的情況下,混合器也能夠獲得很好的混合效果。對於大多數應用情況,混和器可安裝在任何位置。如果被混合介質的密度有很大差異且流速非常低時,則應將混合器安裝在垂直位置(流動方向好為從小至上)。
8、可調式靜態混合器
可調式靜態混合器RSM是應用“改變罐體內部空間體積的方法”RST專利技術,為水處理工業設計的一種新型和節能的水力機械—管道混合裝置。
     RSM的混合機構是一具Rohud,沒有運動部件,它被錨固在混合器內,其工作時相對水流呈靜止狀態。在管道水流推動下Rohud自動形成錐形噴孔,其噴射擴散式紊流流態仍然是典型的管道靜態水力混合模式。通過“壓差控製器”的自動調控係統或手工操作,能夠在生產運行過程中靈便的調節該噴孔的尺寸,以改變噴射水流速度,維持混合過程所必需的能耗和速度梯度G值。RSM徹底改變了靜態(固定)混合器不能操控水力混合強度的弊端,首次實現了管道水力混合過程可控製。
     目前國內外廣泛使用的各種固定式管道靜態混合器都是不能調節的,隻有在生產運行條件與混合器的設計參數及工作條件相符時,才可能獲得予期的混合效果。以自來水廠的絮凝混合工序為例;在處理過程中,水量、水溫水質、化學藥劑種類和投量等常常發生變動影響絮凝效果。如生產運行水量受製於用水量的增減。在水廠投產初期或冬季供水量少時,呈現低負荷運行態勢。在這種情況下,固定式等態混合器的混合強度嚴重不足,導致混凝反應沉澱效果低劣、藥耗增高等後果;老廠挖潛提高產水量或夏季供水高峰期間是超負荷運行工況。由於混合器的阻力大,不可避免地發生水頭損失(能耗)急劇增大和浪費能源等現象。  
RSM的主要技術特征是可調節性,適應流量變化的能力強,能夠對生產運行條件的改變及時作出反應和調整。如果某季節的水質條件好不必進行混合處理時,RSM的噴孔直徑可以調節到近乎管道內徑的水平,無阻礙的讓水流通過,消除了不必要的能源耗費。
     眾所周知,上述固定式靜態混合器的缺陷是公認的,由於沒有解決辦法或替代產品,隻能帶病運行。如果采用RSM取代之,將會改變現狀,提升自來水廠站的絮凝混合工藝的技術質量,為節省藥劑、節約電力和提高淨化水質以及降低生產成本創造了條件。
    “可調式靜態混合器”,是對原有管道靜態混合器的改進。眾所周知,靜態混合器在製水量達到設計水量的條件下,具有很好的混合效果,但是當製水量效低時(設計水量的80%以下),混合強度降低、效果變差。葡萄视频app官网下载開發的“可調式靜態混合器”,可以在低水量的情況下一直保證做到設計時的佳混合效果,低水量可以做到40%。其特別適用於製水量變化較大的水廠,強化混合效果,為後續的絮凝與沉澱(或澄清)過程提供良好的條件,從而還可以降低藥耗。其實現簡單,操作方便,從混合機理上分析是毫無疑問能夠實現混合調節的,已經過中試試驗,確實能保證混合效果。
     實現水處理的快速混合過程中,混流式混合的水流不符合快速、均勻混合的要求,推流式管道混合的效果又受製於流量的影響。本文作者提出的一種可調式靜態混合器(RSM)可望突破管道流量的製約,實現水力快速混合過程的控製。

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