1、絮凝池及其攪拌機的設計-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)JINGBIAN摘要完成絮凝過程的絮凝池(一般常稱反應池)，在凈水處理中占有重要的地位。天然水中 的懸浮物質及肢體物質的粒徑非常細小。為去除這些物質通常借助于混凝的手段，也就 是說在原水中加入適當的混凝劑，經過充分混和，使膠體穩定性被壞(脫穩)并與混凝劑 水介后的聚合物相吸附，使顆粒具有絮凝性能。而絮凝池的LI的就是創造合適的水力條 件使這種具有絮凝性能的顆粒在相互接觸中聚集，以形成較大的絮凝體(絮粒)。因此，絮 凝池設計是否確當，關系到絮凝的效果，而絮凝的效果乂直接影響后續處理的沉淀效 果。絮凝攪拌機是絮凝池機械

2、攪拌的裝置，它主要用于廢水處理的攪拌過程。本設計提 到了絮凝池的設計，攪拌機的設計以及其工藝流程。關鍵詞：絮凝池混凝劑沉淀效果絮凝性能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 to di

3、slodge these matter being backed by the means drifting along curdling gen erally, 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 appra

4、ises an adsorption z 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 therefor

5、e, 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 mix

6、ing process mainly. Design the design having mentioned flocculation pool originally, the mixer design and whose process flowKeywords: Flocculation pool Coagulant Precipitayion effect Flocculation function目錄1前言錯誤!未定義書簽。畢業設計課題的目的、意義、國內外現狀錯誤!未定義書簽。畢業設計課題的目的、意義錯謀!未定義書簽。國內外污水處理的現狀錯謀!未定義書簽。攪拌機在污水處理中的作用錯誤!

7、未定義書簽.攪拌機的發展槪述錯誤!未定義書簽。反應攪拌機的工作原理錯誤!未定義書簽。絮凝的工作原理錯謀!未定義書簽。水處理中的攪拌設備錯謀!未定義書簽。絮凝攪拌機的適應條件和構造錯誤!未定義書簽。絮凝攪拌機的適應條件錯誤!未定義書簽。絮凝攪拌機的構造錯誤!未定義書簽。本課題的設計思路錯謀!未定義書簽。2絮凝池的設計錯誤!未定義書簽。絮凝池的設計探討錯誤!未定義書簽.絮凝的相似關系錯誤!未定義書簽。假設和設想錯誤!未定義書簽.絮凝池的設計要求及結果錯誤!未定義書簽。3絮凝攪拌機的設計錯誤!未定義書簽。設計原始數據錯誤!未定義書簽.設計要點錯誤!未定義書簽。設計計算數據錯誤!未定義書簽。槳葉的設計

8、錯誤!未定義書簽。槳葉結構尺寸確定錯課!未定義書簽。攪拌器轉速計算錯誤!未定義書簽。攪拌功率計算錯誤!未定義書簽。4電動機及減速器的選型錯誤!未定義書簽。減速器和電動機的選型條件錯課!未定義書簽。電動機與減速器的選擇錯謀!未定義書簽。攪拌軸的設計及其結果驗證錯誤!未定義書簽。軸與槳葉、聯軸器的連接錯誤!未定義書簽。連接形式錯誤!未定義書簽.聯軸器與軸的連接錯誤!未定義書簽。軸承的選型及軸的最終確定錯誤!未定義書簽。5支掠裝置設計錯誤!未定義書簽。攪拌機的支承部分錯誤!未定義書簽。機座錯誤!未定義書簽.軸承裝置錯誤!未定義書簽。水下支撐座的設計錯誤!未定義書簽。軸承的選型 支撐套的設計錯誤!未定

9、義書簽. 錯誤!未定義書簽。6軸的密封錯誤!未定義書簽。7結論錯誤!未定義書簽。符號說明錯誤!未定義書簽。參考文獻錯誤!未定義書簽。謝辭錯誤!未定義書簽。附件錯誤!未定義書簽。外文翻譯錯誤!未定義書簽。畢業設計課題的目的、意義、國內外現狀111畢業設計課題的目的、意義廢水處理中反應攪拌機的LI的是借助攪拌器的作用是使廢水中的膠體顆粒絮凝形成 較大的顆粒，以利沉淀，以滿足水處理中水質凈化的要求。本題目主要涉及水處理中絮 凝工藝中反應攪拌機的設備設計，主要解決的問題是水處理中該設備的設計，包括：絮 凝攪拌機、電動機及減速器的選型、支撐裝置設計、軸的密封設置、絮凝池的設計，并 畫出相應的設備圖。1.

10、1.2國內外污水處理的現狀我國污水處理事業的歷史始于1921年，到改革開放的近二十年來取得了迅速的發 展，但仍然滯后于城市發展的需要。據統訃，到2000年底，全國已建設城市污水處理廠 427座，其中二級處理廠282座。這些污水處理廠的建設，極大地提高了城市污水的處理 水平，但處理量的增加仍遠遠滯后于污水排放量的增長，我國的污水處理事業的實際情 況是污水處理率低，很多老城區的排水管網甚至不成系統。城市污水處理能力增長緩慢和污水處理率低是造成我國水環境污染的主要原因，III 此導致了水環境的持續惡化，并嚴重的制約了我國經濟與社會的發展。我國城市污水處 理能力增長緩慢的主要原因可以歸結為：污水處理技

11、術落后：城市污水處理技術是城市 污水處理設施能否高效運轉的關鍵，就LI前的發展狀況來看，在中小城市污水處理方 面，尚缺乏適合我國實際國情的污水處理技術和設備。因此，探索和發展適合我國國情 的中小城市（鎮）污水處理工藝，掌握一批在中小城市（鎮）具有代表性的污染源的治 理技術和城市污水處理技術，就勢在必行。在過去的30年中，美國通過建設污水處理廠，成功解決了來自城市和工業方面的點 源污染問題，但在達到可以游泳和漁業用水的要求方面，仍然遇到了很多困難。山于現 在的水污染大部分是來自分散的非點源，對于這些非點源污染，控制描施和相關費用都 具有很高的不確定性，今后城市在污水處理方面能夠或應該做到什么程度

12、，訂前正在進 行激烈的爭論。合流制污水管網的老城市需要大量投資，來減少在雨季的污水溢流，而 迅速發展的新興城市乂臨著處理能力不足，導致生活污水管網溢流的問題。攪拌機在污水處理中的作用1.2.1攪拌機的發展概述攪拌機的操作性能直接關系到產品的質量、能耗和生產成本，工程界和學術界對攪拌 混合都非常重視，進行了大量的硏究工作，取得了不少的研究成果。攪拌器是化學工程和生物工程中最常見也是最重要的單元設備之一。忖前，攪拌器的 選型和內構件的設計在很大程度上依賴試驗和經驗，對放大規模還缺乏深入的認識，對 于能耗和生產成本只能在一定規模的生產裝置上對比后才能得出結論，山于對產品的回 收率和質量要求越來越高，

13、對攪拌器的研究日趨深入，已從早期對攪拌功率和混合時間 的研究，20世紀80年代對反應釜內的流體速度場分布的研究，進入20世紀90年代以來 的攪拌釜內三維流場的數值模擬研究。流場數值模擬必須在深入進行流體力學研究的基 礎上，綜合考慮流體流動的三維性、隨機性、非線性和邊界條件不確定性。通過數值模 擬不但可以解決反應器的放大機理，而且可以優化設訃開發新型高效攪拌器，使機械攪 拌器的設計理論更加完善。122反應攪拌機的工作原理對于不同的介質，不同的化學反應過程，要求攪拌裝置的結構和攪拌速度不同，根據 不同的場合一般分為以下兒種情況：1、液-液互溶系統的場合，一般采用低速攪拌就能足 夠完成，這種場合常用

14、漿葉式攪拌裝置。2、液-液互不相溶的場合，這種場合則需要強烈 的上下翻滾，常用漿葉攪拌器，在釜體內加有一定形狀的擋板，或釆用推進式攪拌器。 3、反應介質里有少量的固體且不易沉降時可采用比較緩和的攪拌，反之當反應介質或反 應過程的生成物中固體較多，且容易沉降時必須采用強烈的上下的翻動的攪拌，這些攪 拌均屬于固-液相的攪拌系統。在本人設計的課題中攪拌器中所攪拌的介質是廢水，廢水處理中反應攪拌機的U的是 山電機作為驅動裝置，經減速器聯軸器帶到直槳葉旋轉使膠體顆粒絮凝形成較大的顆 粒，以利沉淀，以滿足水處理中水質凈化的要求。絮凝的工作原理膠體的脫穩階段是第一階段，絮凝是笫二階段，而絮凝指膠體脫穩以后結

15、成大顆粒絮 體的階段。第一階段相當于給水處理中加藥混合后的極短的一段時間，可能在一秒鐘 內，而絮凝則主要是在反應設備中完成的。這是水處理中常用的方法。其工作原理如圖 l-lo絮凝劑圖1-1絮凝沉淀處理流程示意水處理中的攪拌設備水處理中的攪拌設備，分成溶藥攪拌，混合攪拌，絮凝攪拌。澄清池攪拌，消化池攪 拌和水下攪拌六種類型。絮凝攪拌是水處理的重要方法之一或基本單元操作之一，而且 往往是必不可少的。它在生活飲用水、工業用水、工業廢水及生活污水的處理中都有廣 泛的應用，因而學習和研究絮凝科學及其在水處理中的應用具有十分重要的意義。其中絮凝攪拌機分為：剛性連接攪拌機和彈性連接攪拌機。本設計主要討論的是

16、剛性 連接攪拌機。剛性連接攪拌機III:電動札 減速器，岡IJ性聯軸器，機座。軸承，攪拌軸，攪拌 器。攪拌設備的工作部分，有攪拌器，攪拌軸和攪拌附件組成。絮凝攪拌機的適應條件和構造1.5.1絮凝攪拌機的適應條件絮凝攪拌機用于給水排水主力中混凝過程中的絮凝階段。絮凝攪拌的作用是促使水 中的膠體顆粒發生碰撞，吸附并逐漸結成一定大小的帆花，試絕大部分帆花截留在沉淀 池內。攪拌強度和攪拌時間是決定絮凝效果的關鍵。絮凝池內攪拌強度（即攪拌速度梯度值 G）應遞減，各檔攪拌器槳葉中心處的線速度依次逐漸減慢，且要有足夠的攪拌時間來完成 絮凝過程。絮凝攪拌機可滿足絮凝規律的要求，使絮凝過程中各段具有不同的攪拌強

17、度，可以 適合水量和水溫的變化，優點是水頭損壞小，池體結構簡單，外加能量組合方便。絮凝攪拌機設置無級調速后可隨水量，原水濁度和投藥量的變化而調整攪拌強度， 達到滿意的絮凝效果，節約藥劑的用量。絮凝攪拌機根據攪拌軸的安裝分式分為立式攪拌機和臥失攪拌機兩種。臥式絮凝攪拌機 的槳板接近池底旋轉，一般絮凝池不存在積泥問題。1.5.2絮凝攪拌機的構造立式攪拌機有工作部分（垂直攪拌軸，框式攪拌器），支承部分（軸承裝置，機座）和驅 動部分（電動機，擺線針輪減速機）組成。如圖1-2。Ihl昭ai圖2立體攪拌機總體結構圖 框式攪拌器分直槳葉，斜槳葉和網槳葉三種。 直槳葉是最常用的一種普通槳葉，其結構如圖3。圖1

18、-3直槳葉框式攪拌器示意圖本課題的設計思路(1) .絮凝池的結構尺寸的確定；(2) .攪拌機大小的確定及轉速和功率的計算；(3) .山攪拌機功率來做電機的選型設訃；(4) .|1|電機的型號尺寸來做聯軸器的選型設計；(5) .山聯軸器的型號尺寸來決定軸徑以及對所決定的軸徑進行計算驗證;.由軸徑來做軸承的選型；(7).山軸承的尺寸來做機座及支撐座的選型設訃。2絮凝池的設計絮凝池的設計探討完成絮凝過程的絮凝池(一般常稱反應池)，在凈水處理中占有重要的地位。天然水中 的懸浮物質及肢體物質的粒徑非常細小。為去除這些物質通常借助于混凝的手段，也就 是說在原水中加入適當的混凝劑，經過充分混和，使膠體穩定性

19、被壞(脫穩)并與混凝劑 水介后的聚合物相吸附，使顆粒具有絮凝性能。而絮凝池的LI的就是創造合適的水力條 件使這種具有絮凝性能的顆粒在相互接觸中聚集，以形成較大的絮凝體(絮粒)。因此，絮 凝池設汁是否確當，關系到絮凝的效果，而絮凝的效果乂直接影響后續處理的沉淀效 果。當然，為了獲得良好的絮凝效果，混凝劑的合理選擇是重要的，但是也不能忽視絮 凝池設計的重要性。在生產實踐中，不少水廠曲于改進了絮凝池的布置，從而提高了出 水水質，降低了藥耗，或者增加了制水能力。在混凝沉淀的設訃中，也出現了宇可延長 一些反應時間以縮短沉淀時間的看法。這些都說明絮凝反應在凈水處理中的重要作用。近年來，由于高效能沉淀以及過

20、濾裝置的出現，使水廠的平面布置（包括構筑物尺寸 及占地面積）大為縮小。相對來說絮凝池所占比例就有所增加。例如，在原平流式沉淀池 中，絮凝只占較小的體積。然而在斜管沉淀池中，絮凝部分的體積兒乎與沉淀部分的體 積相仿。為此，國內不少同志在這方面進行著如何改進絮凝構筑物的研究，并提出了不 少設想。對設計工作者來說，亦迫切要求有一個科學的評價方法，以解決如何合理選擇 絮凝形式的問題。絮凝反應是一個很復雜的過程，它不僅受絮凝池水力條件的控制，而且還與原水性 質、混凝劑品種和加藥量以及混和過程都有密切關系。從LI前國內外的研究情況來看， 尚沒有一個能定量地反映絮凝過程的完整數學模式，棋至作為定性分析，也還

21、存在不少 問題。這些情況就給具體設計工作者帶來很多困難。嚴格地說，LI前不少絮凝池的設 計，僅是水力的驗算，并沒有對絮凝過程作完整的分析。因此，往往出現即使原水的絮 凝性質很不相同，而其絮凝池的布置卻完全相同的情況。根據規范或設計手冊規定的設計數據，進行水力計算，是LI前絮凝池設訃中應用最 廣泛的方法。應該說它在大多數場合下是可行的，但并不一定是最優的，況且，這些規 定也只規定一些主要指標，至于具體的布置還需山設訃者確定。例如，一般規定隔板絮 凝池的流速由0. 6米/秒漸減至0. 2米/秒。至于流速如何遞減，以及隔板轉折的布 置和道數等等，都未作明確規定。因而盡管所用主要指標完全相同，卻可設計

22、成很不相 同的布置形式，至于它們的效果差異則更難以鑒別。為了探討絮凝池設訃的合理方法，福建省凈水工藝試驗組曾提出了應用“模型絮凝池 的概念。其基本出發點就是認為：合理的反應速度應符合流速漸變的原則，即反應速度 由大到小呈直線變化，且反應池進口流速應大于或者等于1米/秒。凡符合這二個條件 的所謂“模型絮凝池"則被認為是理想的絮凝池布置。"模型絮凝池"作為探討整個絮凝過程變化規律的設想，是有其積極意義的。但是，要 把"模型絮凝池"作為理想的絮凝形式，則尚缺乏足夠的依據。作為問題之一，它脫離了原 水性質的考慮。速度漸變原則應對不同水質條件有不同的要求

23、，而不宜取作常量。譬 如，對于原水顆粒濃度不足以及絮凝體不易破碎的情況，將較高流速區的反應時間增加 些，顯然是有好處的。反之，則應增加較低流速區的比例。另外，隔板絮凝的轉折，從 "模型絮凝池的要求考慮，顯然是不符合要求的。但是實際上在絮凝的最初階段，它往往 起到了促進絮凝的效果。"模型絮凝池“用流速作為比較的相似關系，與絮凝理論所采用的 以速度梯度作為相似關系有所區別。隨著絮凝形式的不同，同樣的流速，其速度梯度可 相差達數倍。因此關于"模型絮凝池的設想尚有不少問題需要進一步深入研究。LI前絮凝池設計中一個普遍問題就是沒有考慮進入絮凝池的處理水水質。眾所周 知，良好

24、的絮凝反應必須具備二個條件，即具有充分絮凝能力的顆粒以及合適的反應水 力條件。實際上，它們就是絮凝過程中的"內因和“外因。水力條件只有適合欲絮凝顆粒 的絮凝要求時，才能促進絮凝的進行。反之則不僅不能促進絮凝的進行，其至使已經絮 凝的顆粒破壞。因此作為具體的絮凝池設訃，就必須考慮到處理水的水質條件。但是這 卻是目前絮凝池設計中最薄弱的環節。2.1.1絮凝的相似關系所謂合理設訃，無非是從許多可供選擇的方案中，選定一種最能符合要求的方案。 同樣，絮凝池的合理設計，就是要從諸多的絮凝形式，以及不同的指標中，選擇一種最 能適合具體絮凝條件而乂切實可行的形式和指標。鑒于LT前的研究水平，僅用理論

25、的方 法還無法解答上述課題，因此還需借助于實驗手段。實驗的LI的就是可以在較小規模下 模擬實際的效果，以便對可供選擇的方案加以比較。和其它許多實驗一樣，絮凝的實驗 也需要解決一個模擬的相似問題。也就是說需要解決怎樣在較小規模的試驗中，獲得與 真實絮凝池同樣的絮凝結果。對于絮凝反應來說，需待解決的相似關系主要有二個，即處理水的水質條件和絮凝 池的水力條件。關于水質條件，一般采用真實水樣還是容易辦到的。例如選擇若干具有 代表性處理對象的原水，加注適量混凝劑，并經充分混和，即可供作絮凝的實驗。至于 水力條件，則不能依鼎實際絮凝池來作試驗。因設計的LI的是要對多種方案進行對比， 而這在實際絮凝池中是難

26、以完全實現的。為此，需要尋找合適的水力條件作模擬相似。 對于水力條件，一般可以采用雷諾數或弗魯特數相似，也可采用其它相似準則。至于采 用何種相似方法則應視研究對象而定。為此有必要就絮凝過程中水力條件的作用作一分 析，以確定相似關系。絮凝的LI的是使細小顆粒彼此聚集。除了顆粒具有絮凝能力外，還必須創造顆粒彼 此接觸，或者接近（達到顆粒吸附的作用范圍以內）的機會。否則，若保持顆粒間的相對位 置不變，即使顆粒的絮凝性能極為良好，也無法聚集。可以通過三個途徑，使顆粒達到 彼此的接觸：水分子的熱力運動、顆粒的沉速差異和水體的流動。所謂熱力運動產生的顆粒碰撞，是山于水分子進行的朵亂而沒有規則的運動(布朗運

27、 動)，不斷撞擊附近的膠體顆粒，使顆粒也進行著雜亂而沒有規則的運動，從而獲得了顆 粒彼此碰撞的機會。這種接觸機會與溫度有關，而與液體的流動無關。因而只要保持溫 度和時間的因素相同，熱力運動造成的碰撞也是相同的。至于沉速差異產生的顆粒碰撞，往往在沉淀池中有明顯的作用。然而在絮凝池中， 由于其顆粒一般尚屬細小，沉速不大，可以說差異所產生的碰撞作用在絮凝池中，不占 統治地位可予忽略。一般認為在絮凝池中，對顆粒碰撞起主導作用的主要是水體的流動，也就是山于水 體流動所產主的能量損耗而造成的。一般關于水體流動所產生的碰撞公式可表示為：J=2Gd3N2/3式中：J單位時間單位體積內顆粒接觸的機會。D顆粒的有

28、效粒徑；單位m。N單位體積內的顆粒數。G計算范圉內的絕對平均速度梯度；單位ST。平均速度梯度值可用下式計算：G=(W/n)° 5式中：W單位體積單位時間所消耗的功；單位KW。n液體的動力粘滯系數。一般認為式(1)只適用于層流，而大多數絮凝池的水源均屬紊流。對于紊流條件 下顆粒的碰撞頻率，Levich提出了如下公式：J=12npd3n3(eo/R)° 5式中：p系數。£0一一有效能量消耗率。單位KW。比較式與式)，除了系數差別外，主要是式所用的功為有效能量，而式()則 釆用計算的能量，兩者相差一個效率系數。而在實用上有效能量是難以確定的，仍需用 計算的能量來表示。因

29、此，無論是式或式，作為單位時間單位體積內顆粒碰撞的因素都是顆粒的粒徑、 濃度以及水流的速度梯度。實際上，這里包含了二個方面的內容，即以顆粒的粒徑及濃 度為代表的參與絮凝的水質條件和以G為代表的絮凝池水力條件。由于粒徑和濃度已由 真實水樣來模擬，因而只要保持G值相似，理論上即可得到同樣的顆粒碰撞條件。但是應該指出，顆粒的碰撞并不就是顆粒的聚集。對于不同絮凝能力的顆粒，在同 樣碰撞次數時，應該得到程度不同的聚集。也就是說它們的有效聚集比例是各不相同 的。但是，如采用真實水樣作為絮凝的模擬，則這一因素同樣可在實驗中獲得反映。另外，在模擬絮凝水力條件時還需考慮一個重要的現象，即絮凝體的破碎，或絮凝 體

30、大小的限制條件。絮凝體所能承受的水流剪力是有限度的。隨著絮凝體的增大，相應 的抗剪能力會減弱。與水流共同運動的絮凝體，受到液體切應力的作用。因此，當液體 的切應力大于絮凝體的抗剪能力時，絮凝體將被破碎。因此在模擬絮凝反應時，除了模 擬顆粒碰撞而產生的聚集外，還需要模擬因液體的切應力而產生的破碎。眾所周知，液體的切應力可山二部分組成，即粘滯阻力及混摻阻力。對于層流條 件，切應力純山粘滯阻力產生。對于紊流條件，則主要山混摻阻力產主（除邊界層附近 外）。這二種切應力的大小都決定于液體的速度梯度。在速度梯度G中，所謂消耗的功，也就是指切應力所做的功。因為只有切應力所做 的功是不可逆的，也就是由機械能轉

31、化為熱能。丹保憲仁教授在分析絮凝過程中，考慮到水流切應力對絮粒的破碎影響，引入了顆 粒最大成長度Sm的概念，也就是說Sm代表在一定的水流條件下，能形成最大粒徑的原 始顆粒數。丹保教授通過試驗得出，在原水水質條件不變時，Sm是有效能量消耗率& （或速度梯度G）的函數。通過對絮凝過程中一些主要現象的分析，包括顆粒的碰撞，因碰撞產生的聚集、絮 凝體尺寸的限制以及水流對絮凝體的剪切，我們得到了可用真實水樣模擬水質特征以及 用G值模擬水流特征這樣兩個關系。采用G值來模擬絮凝池的水流絮凝特征，至少在二方面是有用處的，一是可以把真 實絮凝池的研究縮小到在實驗室內進行，也就是只要維持實驗條件的G值與真

32、實池相 同。其結果也應相同。刃一是可以用作不同絮凝形式的比較，也就是即使絮凝池的水流 形態相差羨大，只要其過程的G值相同，（當然還應考慮不同絮凝池形式有效能量利用的 差別）效果也應相同。212假設和設想作為研究的方法可以是微觀的，也可以是宏觀的。大多理論研究都以微粒作為對 象。由于實際的原水是由不同顆粒所組成，不僅粒徑呈一定分布，而且其性質也各不相 同。對于水流條件來說，同樣存在一個斷面內的速度梯度各不相同。可能在同一時刻同 一斷面上，既有顆粒的絮凝，乂有顆粒的破碎。因此，釆用微粒的分析方法，問題要復 雜的多。棋至在很多情況下難以辦到。微觀現象的分析，可以幫助我們對問題的考慮(如 前節所作的那

33、樣)，但試驗還應以整個懸濁液在絮凝過程中的平均效果作代表。這樣，我 們就不必去分析諸如顆粒大小的組成分布，斷面各點的速度梯度分布以及絮凝顆粒的沉 速分布等等。而分別用平均粒徑、平均速度梯度以及平均沉速來表示。對于絮凝效果的評價，一般可以采用顆粒粒徑、顆粒沉速以及沉淀后濁度去除率等 來表示。無論是顆粒粗徑的加大，沉速的加快以及沉淀后濁度去除率的增加都能反映絮 凝效果的提高。在理論研究方面，一般以粒徑為指標的居多。許多理論公式都與粒徑有 關。對于后續處理的沉淀計算來說，采用沉速的概念較為有利。因為沉淀池設計希望提 供反應后的沉速數據。然而對于測定來說，釆用濁度指標最為方便。實際上這三個指標 都是相

34、互關聯的。沉淀后濁度去除率可以間接地表達懸濁液的平均沉速。為了探討方便起見，我們在研究設想方案時，仍以平均沉速作為指標；而作為實驗 的手段，則以沉淀后濁度去除率為指標。此外，我們還作了一個假設，就是山不同方式獲得相同絮凝效果的懸濁液，在其進 一步作絮凝反應時，應獲得同樣的結果，例如釆用G1值的速度梯度反應T1時間后，得 到了懸濁液的平均沉速為V,而用另一G2值反應T2時間后也可得到平均沉速為V,我們 就認為這二者效果相同，同時，盡管它們形成的條件各不相同，但在進一步絮凝時，二 者應該獲得同等的絮凝條件。根據以上對絮凝過程以及基本假設的分析，我們就可以進而討論絮凝池合理設計的 設想方案。如果把單

35、位體積中顆粒所占的比例用4)來表示，即：4)=N(n/6)d3則參照式及式，并假定顆粒的每一次碰撞均產生聚集，那么顆粒濃度的時間變化率就應為:dN/dt=-KsN式中：Ks取決于G和4),即Ks = kG4。將式積分，可得：N=Noe-Kst式中：N絮凝時間為t時的顆粒總濃度；單位mol/LoNo絮凝開始時(t = 0)的顆粒總濃度；單位mol/Lo假如絮凝過程中密度保持不變，即e固定，則上式可換算成粒徑的變化關系。 即：d=doeb b=(Kst/3)()式中：d時間t時的顆粒粒徑；單位m。do時間t = 0時的顆粒粒徑；單位m。也就是說，如果顆粒的每次碰撞均屬有效，則其粒徑的增長(或相應沉

36、速的增長) 理論上應如圖2-1所示的形式。粒徑(或沉速)隨時間呈指數關系增加，其增長的速率取決 于總值。即Ks越大增長速率越快，ks與水流的速度梯度及原水顆粒體積比成正比。因此 當G值增加。或者顆粒濃度增加時，粒徑(或沉速)的增長就迅速。圖24所示為理論曲線，然而，根據一般攪拌試驗的結果，所得圖形與圖2-1有很大 出入，大致得到象圖2-1實線所示的曲線。也就是說，在維持G值不變情況下，沉速增長 的速率不一定是隨時間增加而加速。在開始時或開始以后較短時間，沉速增長形式與理 論曲線大致相似。但以后其增長率不僅不是逐步增加，相反出現逐步減小，最后趨向于 某一極值Vmax。我們不妨稱Vmax為某一 G

37、值時的極限沉速。例如，在作一般反應的攪 拌試驗時，最初510分鐘效果增長較明顯。然而超過10分鐘以后其反應效果一般很少 有明顯增加。如果不改變攪拌速度，那么即使攪拌20分鐘或30分鐘，其結果往往不會 有什么變化。產生理論曲線與試驗曲線不一致的原因，很容易得到介釋。理論曲線假定顆粒的每 一次碰撞都產生聚集，實際上顆粒碰撞時不僅不一定聚集，而且還可能被破碎。圖2-2中 陰影部分實際上代表了碰撞中的無效和破碎部分。山于V與絮凝結果的沉速相比是微小 的，故一般可略而不計。圖2-2試驗曲線圖但是圖2-2的試驗曲線是用同一水質、同一 G值試驗的結果。如果改變G值，悄況 就會不同。實際上在進行攪拌試驗時，用

38、肉眼也可發現。在經一定時間攪拌后，停止漿 板的轉動，山于水流的慣性，液體仍在旋轉。但G值顯然逐漸減小，此時所看到的絮凝 體往往明顯地優于攪拌時的絮凝體。其原因也較清楚，山于G值減小，其極限沉速就相 應增大，雖然此時的絮凝時間尚達不到相應的極限沉速，但顆粒還是向加大的方向發 展。因此，為了探索合理的絮凝水流條件，就應該對不同G值情況下的絮凝分別進行試 驗。圖2-3所示為可能獲得的一組試驗結果。a、b、c分別代表低、中、高三種不同的G 值，按照理論曲線（虛線）應該出現G值越高，增長越快。但實際情況在在有所出入。在開 始階段無凝應該是G值越拓絮凝效果增長越快。因為此時顆粒尚屬細小。碰撞產生的絮 凝作

39、用應是主要的。但是當顆粒增長到某一程度后，顆粒聚集受到一定限制，還將受到 破碎的影響，也就是逐步趨向于某一極限沉速。由于G值高的，極限沉速小，而G值低 的，極限沉速大，因而它們的試驗曲線必然相交（如圖2-2中的A點及B點）；也就是說， 當用C的G值反應tA時，與用b的G值反應tA時，將獲得同樣的顆粒沉速。同樣，對用 c的G值反應tB時，與用a的G值反應tB時應具同等效果。然而當絮凝時間超過交點 時，低的G值將可獲得較快的顆粒沉速增長，高的G值沉速增長反而減慢，這也就是絮 凝池設計中采用改變流速的原因。山圖2-3可知，如果不考慮絮凝時間的長短，采用低的 G值可以獲得較好的絮凝效果。但是這樣的設訃

40、顯然也是不合理的。因為絮凝池合理設計 的LI的就是要求以最短的時間獲得最好的效果。圖2-3試驗結果圖圖2-3所示的試驗結果，對進行絮凝池的合理設計很為有用，后面將作進一步討論。此外，如前所述，絮凝效果不僅與水流條件（G值）有關，而且也與處理水的性質有很 大關系。那么在這樣的試驗中，水質的差異能否得到反映，這是需要考慮的。從絮凝角度考慮的水質特征，主要應包括原水的顆粒濃度，顆粒的絮凝能力以及顆 粒的抗剪強度。顆粒濃度高，粒間的接觸機會多，因而就具有較迅速增大顆粒的可能。如果單體顆 粒的絮凝能力和抗剪強度都一樣，那么濃度的高低基本上對其極限沉速值不會產主很大 影響。但如果考慮除水流切應力外，顆粒碰

41、撞時尚有其衡量的作用，則可能出現高濃度 的極限沉速略小于低濃度的現象。當然，對于濃度高到某一程度（例如污泥循環等類型）， 是否尚有其它絮凝作用機理，尚有待進一步探討。因此圖2-4a所示的二條曲線大致上反 映了其它條件相同時濃度高低的影響。山圖可見。一般情況下，達到同一沉速所需的絮 凝時間隨濃度增加而減少。圖2-4反應曲線圖顆粒的絮凝能力在絮凝過程中起著巫要作用。例如山于混凝劑選擇不當或加注量不 足，均可使顆粒缺乏必要的絮凝能力，此時，即使接觸機會很多，然而其聚集效果卻很 差。對這些絮凝能力差的水質，其絮凝進展必然非常緩慢，相應的極限沉速也很低。而 要達到極限沉速所需的時間也很長，實際生產中，往

42、往采用不斷調整混凝劑加注量的辦 法，來調節絮凝效果，其實質也就是不斷改變顆粒凝絮能力，以滿足絮凝的要求。圖2- 4b的曲線代表了絮凝能力的影響。山圖可知，對絮凝能力弱的處理水，其無效碰撞占有 重要比例。顆粒的抗剪強度取決于原水顆粒性質以及絮凝體的組成結構。例如對于主要山色度 組成的原水，山于膠體所帶負電荷較強，聚集顆粒組成的結構就與一般濁度組成的原水 不同。相應的抗剪強度也有所區別。顆粒抗剪強度的大小直接影響著絮凝顆粒的極限沉 速，抗剪強度大，允許的極限沉速也大。圖2-4c曲線代表了抗剪強度的影響。由圖可 知，如顆粒的絮凝能力相同，則在其開始反應階段，抗剪強度的影響不顯著。只有接近 其極限沉速

43、時，將產主明顯的區別。以上只是根據某些理論以及概念所作的分析。事實上水質條件還要復雜得多，除了 上述這些影響因素外，還可能存在其它影響絮凝的因素。但是作為絮凝過程的實際試 驗，基本上能綜合反映這些因素的影響，因而較接近真實絮凝池的絮凝過程。絮凝池的設計要求及結果通過以上這些分析，我們可以得到這樣的初步概念：(1) .用G值相似可以大體模擬絮凝他的水流條件；(2) .釆用真實的水樣，基本代表了處理水的絮凝特性；(3) .處理水的絮凝特性，能在攪拌試驗結果中得到綜合反映；(4) .因此，攪拌試驗的結果基本上反映了真實絮凝池的絮凝情況。我們現在設計的絮凝池要適應大多數廠家的廢水凈化工作。所以其設訃要

44、求為：絮凝池分為3格。每格絮凝池的體積為40m3o為了滿足絮凝池的體積要求，結合現在大多數廠家的絮凝池規格，設訃絮凝池尺寸如下：每格反應池長3.1m，寬3.1m,池子高4.4m,容積42.3m3o其流程圖如圖2-5所示：圖2-5絮凝池的流程圖3絮凝攪拌機的設計設計原始數據(1)絮凝攪拌池設三檔攪拌機，攪拌池分為三格。(2) .每格反應池長3.1m,寬3.1m,水深4.4m,容積42.3訐。(3) .各檔攪拌速度梯值G取20-70S-1之間。(4) .絮凝池水溫平均溫度15°C,水的粘度U為X10-3P«.5。設計要點(1) .上層攪拌器槳葉頂端應設于池子于水面下0.3m處，

45、下層攪拌器槳葉底端應設于距 池底0.5m處，槳葉外緣與掣側壁間距不大于0.25mo(2) .每片槳葉的寬度，一般用100-300mm,槳葉的總面積不應超過反應池水截面積的 10%-20%o當超過25%時整個池水將與槳板同步旋轉，故設計中必須考慮避免出現這種現 象。(3).攪拌機軸設在侮格池子的中心處，攪拌機軸和槳葉等部件應進行必要的防腐蝕處 理。設計計算數據設計中主要是進行以下兒方面的工作：(1) 絮凝攪拌的檔數：一般絮凝池內設3-6檔不同攪拌強度攪拌機，因此絮凝池分為3-6 倍 °(2) .攪拌軸的安裝方式。(3) .攪拌器槳葉的中心處的線速度(相當于池中水流平均速度八(m/s),

46、 般自第一 檔的-0.6ms逐漸變小至末檔的-0.2mso最大不超過0.3m/s。(4) .各檔攪拌機攪拌速度梯值G, 般取20-70S-*。(5) .液體溫度應取平均溫度，水的粘度口按規定值取用。U=o槳葉的設計3.4.1槳葉結構尺寸確定(1) 每檔絮凝攪拌機獨立傳動，設雙層框式攪拌器，每個框式攪拌器設四片豎立槳 葉，槳葉寬度由設計要點知其范圍為一0.3m之間。則:本設計選取寬度B為0.12mo長度L由公式d/D=可知：槳葉和池子長度之比選。乂知池子長度為3.1m,則長度L=X=2.8m所以槳葉的面積為：A=X X4X2=rn2(2) .侮格反應縱截面積為x=nf槳葉總面積與反應池水流面積之

47、比為二山文獻查得：液體旋轉速度與槳葉旋轉速度的比值為：K1=, K2=, K3=(3) .槳葉旋轉半徑：山上面介紹可知：槳葉旋轉直徑為D=2.8m則:外槳葉的半徑為：Ri=1.4mo減去槳葉寬度得：R2=1.4m-0.12m=1.28m所以外槳葉的理論半徑為：RPi=(Ri+R2)/2=1.34m同理：因為內槳葉根據黃金分割原理得出：Ri=0.85mo R2=0.73m所以內槳葉的理論半徑為：Rpi=(Ri+R2)/2=0.79m3.4.2攪拌器轉速計算根據已知速度梯度G計算：第一檔選G產70S",因為K產，所以根據轉速公式：()123960C(1_KFa 工殆其中u水的粘度，單位V

48、絮凝池的體積，單位m3G速度梯度，單位STc攪拌層數K水和攪拌器的速度之比A單層槳葉面積，單位工Rp內槳和外槳的矢量和，單位mn攪拌器轉速，單位r/min所以第一檔的轉速為:1.14x10-3x42.3x702" 彳 123960 x2x(l-0.24)(2.8x02)(1.34)' + (0.79)' 1x4=min同理：第二檔：曲公式：得：所以：()n =min第三檔()G3=20sh ,= 0.32 ,2黜7.53-和q丿1-kJ= 3.64/7 min343攪拌功率計算按甘布計算法計算(以將橫梁及斜拉桿的拖曳和機械消耗功率考慮在內)為鬻魚(5%)()2x 2

49、x 1.3x0.12x1000x1.2102x9.81"75工必第一檔外槳板:7iRp.nlvpi =3034x0.94x7.530=0.74m/s7iRp.n 3.14x0.44x7.5 A.內槳板:一=二 0.35m/s3030= v+ 片2 二 0-743 + 0.353 = 0.45加/s Pn= 0.75 x 0.45 = 0.34V第二檔冰 pi"23.14x0.94x5.93030二 058s笫三檔303033丄一 =vpi + Pn”；2二 0.58+0.27冗=0.75x0.21 = 0.16肋欣 Pi"33.14x0.94x3.6430307R

50、 pn3_ 3.14x0.44x3.643030N=二 0.36s二 0.17s昭=0.21m/5嚀業14x0.44x5.90.27m/s3Yv=vL +vL =0.365+0.17' = 0.05m/s Pn"N=H” = 0.75 x 0.05 = 0.04AW4電動機及減速器的選型減速器和電動機的選型條件(1) 機械效率，傳動化，功率，進出軸的許用扭距和相對位置。(2) 出軸旋轉方向是單項或雙向。(3) 攪拌軸軸向力的大小和方向。(4) 工作平穩性，如震動和荷載變化情況。(5) 外形尺寸應滿足安裝及檢修要求。(6) 使用單位的維修能力。(7) 經濟性。電動機與減速器的選

51、擇攪拌設備的電動機通常選用普通異步電動機。澄清池攪拌機采用YCT系列滑差式電磁調 速異步電動機，消化池攪拌機一般采用防爆異步電動機。攪拌設備的減速器應優先選用標準減速器及專業生產廠產品，參考文獻2 “標準減 速器及產品選用，其中一般選用機械效率較高的擺線針輪減速器或齒輪減速器：有防爆 要求時一般不采用皮帶傳動：要求正反向傳動時一般不選用蝸輪傳動。電動機及減速機 選用，見表4-1表4-1電動機與減速器的選型名稱符號單位第一檔第二檔第三檔攪拌器的轉速n”r/min攪拌功率NKW電動機算功率kf k&N2N 小N arj0.90x0.99中KW匕一工況系數24h連續運行為產擺線針輪減速機傳動

52、效率“2=滾動軸承傳動效率選用電 動機的 功率KW電動機 同步轉 速r/min150015001500減速比200254412選用減速器減 速比187289385選用減 速器輸 出軸轉 速r/min8聯軸器的選型根據機械設訃手冊及攪拌機的類型選用凸緣聯軸器，山電機的尺寸選擇聯軸器軸徑 d=65mm, Li=104mm, L2 =42mm,許用扭轉為,質量為17.97Kg,標記為:聯軸器D65 ZG,如圖所示。攪拌軸的設計及其結果驗證山上面所選聯軸器的類型初步確定攪拌軸小徑為：dSmm下面來做軸徑的理論計算：111過程裝備設計查的公式：()式中C2按扭轉剛度訃算系數，當扭轉角為l°/m

53、時，C2=N攪拌器的功率，單位KWn一攪拌器的轉速，單位r/min得：第一檔：df 91.5p 二 41.5咖第二檔:*呱5.238.3/wn第三檔:3.9經上面計算所的結果可以看出3個軸徑的理論數值都小于65mm,故軸的小徑選:di=65mm軸與槳葉.聯軸器的連接4.5.1連接形式槳式攪拌器與軸的連接，當采用槳葉一端煨成半個軸套，用螺栓將對開的軸套夾緊 在攪拌軸上的結構時D600mm時用一對螺栓鎖緊：D>600mm時用兩對螺栓鎖緊。這 種連接結構為傳遞扭距可靠起見，宜用一穿軸螺栓使攪拌器與軸固定。本設計由于軸選取DW600mm，故選用一對螺栓縮緊裝置。4.5.2聯軸器與軸的連接當釆用鍵

54、和止動螺釘將攪拌器軸套固定在攪拌軸上的結構時，鍵應按GB1095-79平 鍵和鍵槽的剖面尺寸選取。攪拌器軸套外勁D宜為軸徑D的倍。軸套長度應略大于軸 套處槳葉寬度在軸線上的投影長度，但不小于D1。由上面設計知:di=65mm,再由文獻4查得,選取鍵為圓鍵,長度為85mm,寬度為 18mm,厚度為 14mm。軸承的選型及軸的最終確定由上面計算及選型結果知：di=65mmo查機械設計手冊得該軸承類型為：平面軸承 8216；內徑 di=65mm；外徑 D=115mm；厚度 T=28mmc它的連接方式為：與軸相砌，得知軸的中徑為d2=80mmo由上面計算及選型結果知：d2=80mm。查機械設計手冊得該

55、軸承類型為：角接觸軸承 36216；內徑 d2=80mm：外徑 D=140mm；厚度 T=26mmo它的連接方式為：與軸相砌，得知軸的大徑為D=100mmo由上面選型得軸的尺寸為：內徑di=65mm；中徑為d2=80mm：大徑為DJOOmm。5支撐裝置設計攪拌機的支承部分5.1.1機座立式攪拌機設有機座，在機座上要考慮留有容納聯軸器，軸封裝置和上軸承等不 見的空間，以及安裝操作所需的位置。機座形式分為不帶支承的J-A型和帶中間支承的J-B型以及JXLD型擺線針輪減速器 支架，山文獻中的用立式減速器的減速器機座的系列選用，當不能滿足設計要求時參 考該系列尺寸自行設計。山于攪拌軸軸向力不大，聯軸器為夾殼式故選用JA型機座，山于減速器軸徑為65mm,故選用 J-A-65該機座結構如圖5-1所示如圖5J上軸承支承裝置5.1.2軸承裝置上軸承：設在攪拌機機座內。當攪拌機軸向力較小時，可不設上軸承，(如J-A型機 座)，但應驗算減速機軸承承受攪拌軸向力的能力。當攪拌機軸向力較大時，須設上軸 承：若減速機軸與攪拌軸采用剛性連接，可在機座中設一個上軸承，以承擔攪拌機軸向 立和部分勁向力，如圖(5-2)所示：若減速機軸用非剛性連接，可在機座