Kenics型静态混合器在高雷诺数下的压力降研究_陈立波
第26卷第12期2009年12月
机 电 工 程
M echan ical&E l ectrical Eng i nee ri ng M agazi ne V o.l 26N o .12D ec .2009
收稿日期:2009-06-22
基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(Y5080271)
作者简介:陈立波(1985-),男,浙江台州人,主要从事混合器、流体机械等数值计算方面的研究.E-m ai:l hzcl b100@yahoo .co https://www.docsj.com/doc/1b1228957.html, 通信联系人:潘华辰,男,教授.E-m ai:l huac h en-pan @yahoo .co m
K enics 型静态混合器在高雷诺数下的压力降研究
*
陈立波,聂 欣,潘华辰
(杭州电子科技大学机械工程学院,浙江杭州310018)
摘 要:为了获得Ken ics 型静态混合器在高雷诺数下的压力降规律,在雷诺数R e =4100~4000000范
围内,采用计算流体力学(CFD)方法,通过对5种不同长径比的Ken ics 静态混合器的内部流动进行数值模拟来获取数据。量纲分析表明了Ken ics 静态混合器的压力降特性可以通过3个无量纲参数:摩擦因数C f 、混合器单元长径比AR 、雷诺数R e 来描述。根据数值模拟结果作出了这3个参数的关系曲线,提出了一个新的无量纲压力降关系式。研究结果表明,在雷诺数大于200000时,C f 值趋于恒定,与R e 值无关,同时通过和文献中的实验、计算数据进行比较,证实了压力降曲线和关系式的准确性。关键词:Kenics 型静态混合器;计算流体力学;压力降关系式;无量纲参数中图分类号:TQ 051.7 文献标识码:A
文章编号:1001-4551(2009)12-0108-04
P ressure drop researches for Kenics static m ixer at high R eynol d s num ber
C HEN L -i bo ,N I E X in ,P AN H ua -chen
(College of M echanical Eng ineering,H angzhou D i anz i Un i vers it y,H angzhou 310018,China)
Abstrac t :In order to obta i n t urbu l ent flo w pressure drop rule i n SK static m ixer ,computati onal fl u i d dyna m ics(CFD )me t hod w as app lied t o nu m erica ll y si m u late flo w i n fi ve K en ics static m i xers w ith d iffe rent aspect ra ti o o f a m i x i ng e l em ent(AR )over a w i de range of 4100t o 4000000to get pressure drop datas .D i m ens i ona l analysis revea led tha t t he pressure drop character i stic of the K enics static m i x er can be descr i bed by three d i m ensi onless param eters ,such as t he fr i c tion facto r ,R eyno l ds nu mber ,and aspect rati o o f a m i x i ng e l e m ent .A ccord i ng to the nu m erical si m ulati on datas ,a graph ical su mm ary w as m ade to descri be the re -lati on of the t hree di m ensi onless para m ete rs ,a ne w di m ensi onless pressure drop co rre l a ti on was deve l oped .The resu lts i nd i cate tha t the value o f C f beco m es constant and has no co rre l a ti on w ith the va l ue of Re when t he R eno lds nu m be r i s l a rger t han 200000.T he re liab ility o f the propo sed pressure drop rule and correlati on i s va lida ted by the co m parison w it h various expe ri m en -tal and co m puta ti ona l da ta reported i n t he litera t ure .
K ey word s :K enics static m i x er ;co m putationa l fl u i d dyna m i cs(CFD );pressure drop correlati on ;d i m ension l ess param eters
0 引 言
K enics 型静态混合器是一种高效的管式混合设备,内部混合元件为扭曲的螺旋叶片,按左、右旋交错
90 排列。这种特殊的混合元件能实现对单相及两相流体的良好混合,且加工制造相对简单,被广泛应用于食品、化工以及水处理等多个领域
[1]
。
早期研究表明Ken ics 静态混合器压力降( P )为
摩擦因数C f 、雷诺数R e 、混合器总长径比(L P /D )和 u 2
/2的关系式,其中摩擦因数为雷诺数的函数。如W il k i n son 和C liff(R e <50)
[2]
、Grace (R e <1000)
[3]
、M orr 和M issi o n(Re <100)[4]、Sir(R e <2300)[5]
等各
自总结出了在一定雷诺数范围内的压力降经验公式。H yun -seob song 等
[6]
对该混合器的压力降问题进行了
量纲分析,发现作为无量纲参数的摩擦因数和雷诺数、单元长径比(AR )有关,并通过数值模拟研究总结了这三者之间的关系式,在Re <2000区域和其他文献的
数据吻合良好。V i m a lKum ar 等[7]
通过实验和CFD 模拟详细研究了长径比AR =1.5时,K en i c s 静态混合器在1000 [8] 等通过将K enics 型静态混合器内的螺旋形流动 分解成轴向直线运动和环向螺旋运动,运用流体力学 理论推导出了Ken ics 型静态混合器的压力降公式,并在R e =1000~35000时,进行实验研究,并与理论结论进行比较分析,得出了压力降关系式。总体来说,对于K en ics 静态混合器在较高雷诺数下的压力降研究相对较少。 本研究在雷诺数4.1 103 范围内,通过CFD 计算流体力学的方法对5种单元长径比的K enics 静态混合器的压力降进行详细研究。 1 几何模型 本研究的K en ics 型静态混合器的混合元件螺旋角度为180 ,混合器由进口部分、出口部分和3个混合元件组成,如图1所示。混合器的具体几何尺寸和流体属性如表1 所示。 图1 K en ics 型静态混合器结构示意图表1 混合器几何尺寸和流体属性参数数值混合器直径/m 0.41混合元件厚度/m 0.04 单元长径比1.00;1.25;1.50;1.75;2.00 进口长度/m 0.4 出口长度/m 0.8流体介质水 密度/(kg m -3 ) 998.2粘性系数/(kg m s -1 ) 0.001003 2 数值模型 2.1 湍流模型和数值求解方法 本研究采用CFD 商业软件CFX 进行数值模拟, 湍流模型采用标准的k- 模型[9] ,并采用有限体积法(CVFD M )对空间域上的方程进行离散,其中压力和速度的耦合采用SI M PLE 法。开始计算时压力项采用标准差分格式,动量项、湍流动能项和湍流粘性系数项均采用一阶迎风格式,收敛后将计算结果作为初始条件重新采用压力项和动量项为二阶格式的程序,进行计算直至再次收敛,这样可以有效地降低低阶格式带来的数值误差。2.2 网格 网格直接影响计算结果的准确性,为保证网格质 量,使用专业网格生成软件GR I D GEN 生成结构网格。进出口截面网格和混合元件上的网格分布如图2所 示。在建立网格时,对混合元件两端做了无厚度处理,如图3所示。单个混合流道的网格如图4所示。整个混合器的网格全部为结构网格,总数大约为90 万。 2.3 边界条件和初始条件 在本研究中,进口边界条件为速度入口,给定11种不同进口流速,流速和相应的雷诺数如表2所示;出口边界条件为压力出口;壁面采用无滑移壁面边界条件,并使用标准壁面函数法[10] 确定固体壁面附近的 流动。 表2 进口流速和雷诺数 进口速度v /(m s -1 ) 雷诺数进口速度v /(m s -1 )雷诺数 0.01 4.1 1031.476.0 10 5 0.052.1 1042.008.2 10 5 0.104.1 1042.501.0 10 6 0.251.0 1055.002.0 10 6 0.502.0 10510.04.0 10 6 1.00 4.1 10 5 3 模拟结果分析 有关文献中关于Ken ics 静态混合器压力降的计算公式大体上可以分为两种: (1)K enics 型静态混合器的压力降 P 和相同尺寸下光管压力降 P 0的比值Z : Z = P P 0 (1) (2)将工程上用于计算管道沿程水头损失的Dar - 109 第12期陈立波,等:K en ics 型静态混合器在高雷诺数下的压力降研究 cy -W eisbach 方程作为K enics 混合器的压力降公式,其表达式为: P =C f L p D u 2 2 (2) 式中 L P 混合器总长度;D 混合器直径; 流体密度; u 流体平均流速。 其中,摩擦因数C f 的计算公式为: C f =b R e c (3) 在雷诺数足够大时,摩擦因数趋于一个常数。本研究在5种不同长径比下,求得压力降和雷诺数之间的关系图如图5所示,从图中可知 : 图5 压力降和雷诺数的关系图 (1)在混合器直径和流体属性不变的情况下,压力降和雷诺数在双指数坐标下成线性关系,而且各直线的斜率几乎相等。 (2)当雷诺数相同时,混合器单元长径比越大,压力降反而越小。 根据图5将压力降和雷诺数关系近似为: log 10( P )=K log 10(R e)+B (4) 其中,B 和单元长径比AR 有关。 通过对5组数据进行多项式拟合,求出直线的斜率依次为(AR 从小到大):1.90,1.98,1.97,1.95,1.93。公式(4)可转化成: P =R e K /10 B (5) 由于混合器直径和流体属性保持不变,雷诺数R e 仅为变量平均流速 u 的线性函数,因此由公式(5)可推导出: P =C u K (6) 公式(6)表明混合器压力降和平均流速的平方成正比,这和图5中5组数据的斜率以及公式(2)都非常吻合。 为了得到具有普遍意义的Ken ics 型静态混合器的压力降规律,本研究对所有相关物理量进行量纲分析,得到了3个无量纲参数: 1=L /D (混合单元长径比AR ); 2 =2 P u 2D L P (摩擦因数C f ); 3=R e (雷诺数)。 因此这3个无量纲参数的关系便是K en i c s 型静态混合器的压力降关系。本研究通过CFD 数值模拟的结果数据来分析三者的关系。将计算结果无量纲化,可得出不同AR 下,R e 和C f 之间关系的曲线,如图6所示。从图6可知 : 图6 摩擦因数和雷诺数的关系图 (1)在相同雷诺数时,单元长径比越大,摩擦因数越小。 (2)在单元长径比相同时,摩擦因数随着雷诺数增加而减小,在雷诺数增大至2 105 时,摩擦因数逐渐趋于定值。 (3)长径比越大,摩擦因数趋于定值时的临界雷诺数越小。 当雷诺数等于2 105 时,对C f 和AR 求对数,发现log 10(C f )和log 10(AR )成线性关系,如图7所示,其关系式为 : 图7 l og 10(AR )和l og 10(C f )关系图 log 10(C f )=-2.984 log 10(AR )+0.5977(7)由式(7)可以得出:当雷诺数R e >2 105 时,C f 和R e 无关,Ken ics 型静态混合器的压力降关系式为: C f =3.96AR -2.984 (8) 110 机 电 工 程第26卷 4 和其他文献的数据比较 为了验证计算结果的准确性,笔者将本研究的数值模拟结果以及推导出的压力降计算公式和V i m a l Kum ar 、张春梅等的实验数据,H yun-seob song 等的计算数据和关系式进行比较,如图8所示。从图8中可以得知本研究的模拟结果与这些文献中的数据基本 吻合。 5 结束语 通过CFD 数值模拟,笔者研究了Ken ics 静态混合在高雷诺数下的压力降特性,得出了摩擦因数C f 、单 元长径比AR 和雷诺数Re 这3个无量纲参数之间的相互关系曲线[11-15] ,发现在雷诺数R e >4.1 103 时,摩擦因数随雷诺数增大而减小的这个趋势逐渐平缓。并在雷诺数继续增大达到2 105 时,摩擦因数基本保持稳定,这时摩擦因数只与单元长径比有关系,并根据模 拟数据总结出在雷诺数R e >2 105 时的无量纲压力降关系式。最后将本研究的模拟结果和其他相关文献中的数据进行比较,结果基本吻合,表明本研究的无量纲压力降曲线和关系式具有一定的准确性。 参考文献(Re feren ces): [1] 宋忠俊.静态混合器在环保领域的应用[J].化工装备技 术,2003,24(5):9-12.[2] W I LK I N SON W L,CL IFF M J .An i nvesti gation i n t o the perfor m ance o f a sta ti c i n -li ne m i xe r[J].Second European Conferen ce on M i x i ng ,1977(A2):15-29. [3] GRACE C D.Static m ix i ng and heat transfer[J].Chem ica l Processing and Eng i neering ,1971,52(7):57-59.[4] M ORR IS W D,M ISSI ON P M.An exper i n l enta l i n l esti ga -ti on of m ass tranfer and flow resistance i n the K enics static m i xer[J].Che m ica l Process and Design ,1974,13(3):270-275.[5] SIR J ,LEC J AK S Z.P ressure drop and hom og en i zati on eff-i c iency of a m otion less m i xe r [J].Che m ica l Eng i neer i ng Co mm un icati on ,1982,16(1):325-334.[6] SONG H S ,SANG P H.A g eneral co rre l a ti on f o r pressure drop i n a K enics static m i xer [J].Ch e m ical Eng i neer i ng S cien ce ,2005,60(21):5696-5704. [7] KUM AR V,S H IRK E V.Performance o fK en i cs sta ti c m i x er over a w ide range of R eyno l ds number[J].Ch e m ical Eng-i neer i ng Jou rnal ,2008,139(2):284-295. [8] 张春梅,吴剑华.S K 型静态混合器流体湍流阻力的研究 [J].化学工程,2006,34(10):28-30. [9] 陶文铨.数值传热学[M ].西安:西安交通大学出版社, 2001. 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[编辑:柴福莉] 111 第12期陈立波,等:K en ics 型静态混合器在高雷诺数下的压力降研究 静态混合器的设置HG/T 20570.20—95 1 应用范围和类型 1.0.1应用范围 静态混合器应用于液-液、液-气、液-固、气-气的混合、乳化、中和、吸收、萃取反应和强化传热等工艺过程，可以在很宽的流体粘度范围（约106mPa·s）以内，在不同的流型（层流、过渡流、湍流、完全湍流）状态下应用，既可间歇操作，也可连续操作，且容易直接放大。以下分类简述。 1.0.1.1 液-液混合：从层流至湍流或粘度比大到1：106mPa·s的流体都能达到良好混合，分散液滴最小直径可达到1～2μm，且大小分布均匀。 1.0.1.2 液-气混合：液-气两相组份可以造成相界面的连续更新和充分接触，从而可以代替鼓泡塔或部分筛板塔。 1.0.1.3 液-固混合：少量固体颗粒或粉未（固体占液体体积的5％左右）与液体在湍流条件下，强制固体颗粒或粉未充分分散，达到液体的萃取或脱色作用。 1.0.1.4 气-气混合：冷、热气体掺混，不同组份气体的混合。 1.0.1.5 强化传热：静态混合器的给热系数与空管相比，对于给热系数很小的热气体冷却或冷气体加热，气体的给热系数提高8倍；对于粘性流体加热提高5倍；对于大量不凝性气体存在下的冷凝提高到8.5倍；对于高分子熔融体可以减少管截面上熔融体的温度和粘度梯度。 1.0.2静态混合器类型和结构 1.0. 2.1 本规定以SV型、SX型、SL型、SH型和SK型（注①）五种类型的静态混合器系列产品为例编制。 1.0. 2.2 由于混合单元内件结构各有不同，应用场合和效果亦各有差异，选用时应根据不同应用场合和技术要求进行选择。 1.0. 2.3 五种类型静态混合器产品用途和性能比较见表1.0.2-1和表1.0.2-2，结构示意图见图1.0.2。静态混合器由外壳、混合单元内件和连接法兰三部分组成。 目录 一.概述 (1) 二.结构与工作原理 (1) 三.PHY/PHYM系列压力式比例混合装置外形及安装尺寸图 (4) 四.使用说明 (8) 五.维护与保养 (9) 一、概述 低倍数泡沫灭火系统具有安全可靠、经济实用、灭火效率高等特点，尤其对扑救B 类火灾更具有突出的优越性，是目前国内易燃液体类火灾的主要扑救方式。该系统适用于油库、港口码头、燃油运输船、飞机库、油罐区、石油化工企业等场所。 PHYM系列压力式泡沫比例混合装置是低倍数泡沫灭火系统的主要设备，当消防压力水流经该设备时，泡沫液与水按一定比例自动混合，输出泡沫混合液，供给空气泡沫产生器、空气泡沫枪、空气泡沫炮和其他泡沫设备，产生空气泡沫扑救油类、醇类等火灾。 PHYM系列压力式比例混合装置型号的意义： PHY M 48/50 │││└────储罐容积5000L ││└──────最大混合流量48L/s │└────────有隔膜 └──────────压力式比例混合装置 二、结构与工作原理 1、结构： 混合装置采用储罐式压力比例混合形式，整套设备由比例混合器、钢制储罐、橡胶隔膜（胶囊）、控制阀、进水管路、出液管路、排液管路、排水管路等组成。每个管路均安装有阀门，比例混合器安装在罐体侧面，进水、出液两管路使罐体内腔与混合器连通。在进水管路上还安装有压力表和安全阀。 2、工作原理： 主管道的压力水在流经比例混合器管路时有部分水经进水管路进入储罐水腔 内，挤压橡胶隔膜（胶囊），储罐水腔内与主管道上压力平衡的同时适量的泡沫液经吸液管被挤出，通过出液管路流入比例混合器，比例混合器可使水和泡沫按一定 比例（3%或6%）混合形成泡沫混合液。泡沫混合液被输送至泡沫产生器或泡沫枪、泡沫炮等其它泡沫喷射设备，产生空气泡沫扑救甲、乙、丙类液体火灾，进行灭火工作。 PHY/PHYM系列压力式泡沫比例混合装置性能参数表（卧式、立式） 泡沫比例混合装置操作规程 1 目的 为了保证泡沫比例混合装置的正常使用，特制订本规程。 2 范围 适用于xx公司技术生产中心泡沫比例混合装置的管理。 3 职责 安全主任负责设备操作，日常维护的维修工作。保障设备的正常运行。 4 结构和工作原理 PHY系列贮罐压力式空气泡沫比例混合装置，由比例混合器、泡沫罐、进水管及进水阀、出水液及出水阀、排放阀、排气阀等组成。当消防水泵的压力水沿供水管道进入比例混合时，大部分压力水径喷嘴向扩散管喷出，由于喷嘴的直径缩小，水经喷嘴后流速增加压力降低，在喷嘴出口和扩散管入口之间形成一个低压混合区；同时，一个部分压力水径进水管进入泡沫罐，泡沫液在压力水的作用下，通过出液管及流量孔板被压入低压混合区，使水和泡沫液按一定的比例（3%或6%）进行自动混合，形成泡混合液，经扩散管后输送给空气泡沫产生和喷射设备，进行灭火。 5 填充泡沫液 5.1手工打开加液盖（或加液阀）填充； 5.2从加液口慢慢地把泡沫液罐入罐内，当泡沫液从排气口溢出时，关闭排气阀及加 液盖（或加液阀），用注液泵填充： 5.3把注液泵的出液管和泵注液口用螺纹连接，把注液泵吸液管末端放入泡沫桶的底 部； 5.4打开泵注液阀，开启注液泵，向罐内填充泡沫液，当泡沫液从排气口溢出时，关 闭注液泵，接着关闭泵注液阀排气阀； 6 使用操作步骤 6.1 在比例混合器与消防泵之间管道上平时充满稳压水时，混合器进口阀为常闭，混 合器出口阀为常开； 6.2 开启消防泵； 6.3 打开混合器进口阀； 6.4 打开排气阀，当排气口排水时，立即关闭排气闭阀； 6.5 观察进水管上压力表反指针，当其压力表上升到比例混合器进口端压力表的压力 时，立即开启出液阀，混合液即可输出； 6.6 停止使用时，将出液阀和进水阀分别关闭，然后打开排放阀。当进水管上压力表 指针降到零位后，打开排气阀，将罐内的泡沫液和水放尽，并用清洁水对罐壁进行清洗后，关闭排气阀和排放阀。 7 维护、保养 7.1 负责维护、保养的管理人员应熟悉本装置的原理、性能、操作、维护、保养和管 理要求； 7.2 每月进行一次外观检查，各阀件及各连接处应无渗漏，各阀门应处于常态位置； 每次使用后，必须用淡水将泡； 7.3 沫罐和管道冲洗干净； 7.4 每二年更换一次泡沫液，泡沫液贮存、备用不少于一吨； 7.5管理人员和使用部门，要严格遵守以上操作规程。如有违规者按公司制度处理。 8 灭火操作步骤 8.1 打开消防箱取出消防带； 8.2 将消防带散开； 8.3 将消防带一端接入消防栓头，另一端接入泡沫专用抢头； 8.4 打开泡沫消防栓开关同时紧握住泡沫专用抢头对准火点进行灭火； 8.5 在使用泡沫消防栓灭火时人和枪头距离着火源5-10米处。 1.产品概述 KCA 胶囊式泡沫罐和比例混合器组合形成压力式比例混 合装置，使水和泡沫液混合后形成有效的灭火剂。 胶囊式泡沫罐为消防行业广泛采用的一种可靠、精密的混合方式，系统动作后，在不同的流量和压力条件下，通过自动调节，使水/泡沫保持稳定的混合比。 该特点使胶囊式泡沫罐尤为适合在可变、不可预测的流量-压力条件下工作的多种危险系统、泡沫喷淋系统和其他系统的使用。 KCA 胶囊式泡沫罐为碳钢压力容器（也可选用不锈钢结构），该容器中的聚酯强化弹性橡胶胶囊可将水和泡沫 液隔离，并将水的压力传递给泡沫液。KCA 比例混合器通过降低过流面积的方式，使水流通过时产生水压降。当比例混合器处泡沫液的压力大于水的压力时，泡沫液就开始以校准的混合比与水混合，泡沫液混合量取决于水的流量。 2.技术数据 设计压力：1.2MPa 流量范围：请参见MIX 型比例混合器设计温度范围：-10℃~+50℃认证：CCCF 、FM 、CE 品牌：KCA 产地：意大利 3.主要材料 泡沫罐外壳：ASTM A516Gr.70胶囊：强化聚酯海帕龙-氯丁橡胶聚合物控制阀：不锈钢安全阀：黄铜 4.可选配置 ■自动供水控制阀。■混合比选择器。 ■更大的壁厚以提高耐蚀性。■更高的工作压力、抗震等级。■爬梯、工作平台、遮阳装置。■传统液位计。■ 不锈钢材质泡沫罐。 KCA 泡沫罐和压力式比例混合装置 Ф法兰标准为ANSI 150#RF 或EN1092-1材料为AISI316或304ФF 为地脚螺栓孔直径 容量(升) Фd A B C ФD E T ФF 重量（kg ） 2005015501100581600503151815040050210016505816005031518170600 50 2000 1450 756 800 655 15 18 200 单位：mm 立式泡沫罐(不含比例混合器) ■电伴热和/或保温。 ■ 与比例混合器预组装的撬块或柜式装置。 1.胶囊排气阀 2.胶囊 3.泡沫罐 4.泡沫液位表 5.泡沫液充装/排放阀 6.泡沫液位表控制阀 7.排水阀 8.进水口法兰9.罐排气阀10.安全阀 11.泡沫液出口法兰12.支撑脚 全世界经济发展的同时，我们周围的环境在不断恶化。在我国尤其如此，近二十年经济的迅猛发展给环境带来严重影响。我国境内的河流受污染情况十分严重，大多数河流的水质都出现了不同程度的下降。地球上的淡水资源是有限的，在我国的北方大部分地区水资源是缺乏的，因此我国实施了南水北调工程。日益严重的水污染与水资源短缺，使得有效的水处理技术变得越来越重要，人们从不同的方向改进着水技术。其中，混凝技术是一种常见的水处理技术，得到广泛的认可和推广。水的混凝机理十分复杂，一直得到广大学者的关注。一般认为:混凝过程中包含凝聚和絮凝两个步骤，其中凝聚是在瞬间内完成的，它是指化学药剂与水接触形成小颗粒的过程，在水处理过程中表现为使用各种混合设备将药剂与水均匀地混合，其均匀的程度关系着混凝效果优劣;絮凝是指凝聚过程中形成较小颗粒后，它们之间相互碰撞形成较大颗粒并沉降的过程。 影响混合效果的因素主要有三方面:一、废水水质，包括废水中浊度、PH值、水温及共存杂质等;二、混凝剂，包括混凝剂种类、投加量和投加顺序等;三、水利条件，主要指混合的方式。混合方式有:管式混合、水力混合、机械搅拌混合以及水泵混合等。其中管式混合主要形式有管式静态混合器、孔板式、文氏管道混合器、扩散混合器等;机械搅拌混合是在池内安装搅拌装置，以电动机驱动搅拌器将水与药剂混合;水泵混合是将药剂投放在水泵吸水管或吸水喇叭口处，利用水泵叶片的高速旋转来达到快速混合。 在水处理过程中，管式静态混合器具有高效混合、节约用药、设备小等特点，它是由一组组混合元件组成，而混合元件组数的确定应根据水质、混合效果而定。 在不需外动力情况下，水流通过混合元件时可以产生较大范围对流、返流和漩涡等运动，这些均能促使药剂均匀的分布(图1-1所示)。在选择管式静态混合器时，其管内流速应控制在经济流速范围内，当水流量较大所选管径大于500毫米时速度范围可以适当地放宽。混凝剂的入口方式以较大的速度，射流进入混合器管道内为佳。实际应用中管式静态混合器的水头损失一般在0.4-0.6米范围内，条件允许时可将管径放大50-100毫米，可以减少水头损失。本文的主要研究对象即为管式静态混合器。 2静态混合器 静态混合器(static mixer)是一种没有运动部件的高效混合设备，它在管道内加入静止元件，其主要包括三类:一类对流体起切割作用、二是使流体发生旋转、三是使流道形状与截面积变化(图1-2至1-6)，然后依靠流体自身的动力(压力降)，在流经元件的时候实现对流体的混合，被誊为是一种“虽然非常简单，却能发挥巧妙的作用”的工业元件。它可以在很大的流体粘度范围内，不同的流动状态下应用，既可间歇的又可连续的操作。其能使不同的流体达到均匀混合，根本原因在于混合元件使流体产生分流、拉伸、旋转、合流等运动，过程中增强了湍动，这些均极大地促进了对流扩散和紊动扩散，从而造成完善的径向混合效果。静态混合器有许多优点，与动态混合器相比，其结构简单、能耗低、安装维修简便、混合性 7.静态混合器 静态混合器上尽量不安装流量、温度、压力等指示仪表和检测点，特殊要求时在订货时出图说明。 对于需要在混合器外壳设置换热夹套管时，要在订货时说明。 对于SH系列产品，由于其加工精度高，维修困难，要求使用的介质清洁或能用溶剂倒置清洗，要不就是介质在高温对于SV系列产品，若因流体不清洁而堵塞，可拆卸设备、用水（蒸汽）或溶剂倒置清洗，也可拆掉单元，取对于SK系列的活络单元产品，可将整个单元抽出清洗，但拉出时切忌敲击，以免单元变形。 A、SV型静态混合器 1.产品特性 单元是由一定规格的波纹板组装而成的圆柱体，它的技术性能：最高的分散程度为1-2μm，液-液相的不均匀度为Δ 2.产品型号 规格DN dh Q规格DN dh SV-2.3/2020 2.30.5-1.2SV-5-20/2002005-20 SV-2.3/2525 2.30.9-1.8SV-5-20/2502505-20 SV-3.5/3232 3.5 1.4-2.9SV-5-30/3003007-30 SV-3.5/4040 3.5 2.2-4.5SV-7-30/3503507-30 SV-3.5/5050 3.5 3.5-7SV-7-30/4004007-30 SV-3.5/6565 3.55-12SV-7-30/4504507-30 SV-5/808059-18SV-7-30/5005007-30 SV-5/100100514-28SV-7-30/6006007-30 SV-5-7/1251255-724-34SV-7-30/100010007-30 SV-5-7/1501505-730-60SV-15-30/1200120015-30 SV型外形图 压力式泡沫比例混合装置 (型号：PHYM24/10、PHYM24/15、PHYM32/20、PHYM32/25、PHYM32/30、PHYM48/40、PHYM48/50、PHYM48/55、PHYM64/60、PHYM64/76、PHYM64/80、PHYM80/100、PHYM100/110、PHYM120/130) 使用说明书 制造商：天津渤盾消防设备有限公司 地址：天津市津南区小站工业园 电话： 传真：邮编：300353 目录 一、概述 (1) 二、产品规格及型号 (2) 三、结构及工作原理 (2) 四、性能参数与结构尺寸 (3) 五、安装 (5) 六、使用方法 (5) 七、维护和保养 (7) 八、故障排除 (7) 九、保修范围 (7) 一、概述 PHYM系列压力式泡沫比例混合装置由泡沫罐、压力式比例混合器、隔膜、进水管、出液管及控制阀等组成。当压力水流经该装置的比例混合器时，能使水与泡沫按一定的比例进行自动混合，输出泡沫混合液供泡沫产生器、泡沫枪、泡沫炮等喷射设备产生喷射空气泡沫进行灭火。 该装置可与消防泵（或消防车）、泡沫产生及喷射设备组成固定式（或半固定式）泡沫灭火系统（见图一）。广泛用于扑灭甲（液化烃除外）、乙、丙类液体火灾，具有安全可靠、灭火效率高等优点，是油库、炼油厂、化工厂、油田、码头、油轮、飞机库、机场及燃油锅炉房等场所最普遍配置使用的消防设备。 图一、PHYM系列泡沫灭火示意图 二、产品规格及型号 PHYM系列贮罐压力式泡沫比例混合装置按填盛方式分隔膜式、普通型；按罐体放置方式分卧式、立式两种形式。泡沫混合比一般为3%或6%，亦可提供8%的混合液用于中倍数泡沫灭火系统。该装置混合液流量32-160L/s，贮罐容积有1000-15000L不同规格。根据所需要的混合液流量和泡沫喷射时间，比例混合器和泡沫罐可任意组合成系列产品，以满足工程应用的需要。 PHYM系列贮罐压力式泡沫比例混合装置的型号意义 标记示例：PHYM32/55-6 表示最大流量为32L/S,泡沫液储罐容积为5.5M3，混合比为6%的隔膜型压力式比例混合装置。 三、结构及工作原理 PHYM系列贮罐压力式泡沫比例混合装置采用贮罐，比例混合器组合形式，由罐体（普通型或隔膜型）、混合器总成、进水管路总成、出水管总成，排液管总成等组成。 当消防水泵的压力水沿供水管道进入比例混合器时，一小部分压力经进水管道流入泡沫液贮罐，将罐内（或隔膜内）的泡沫液压出，泡沫液通过出液管道进入压力比例混合器，在混合器中与水按规定的比例形成混合液流出混合器，再通过混合液管被送入泡沫产生设备，喷射泡沫进行灭火（见图二）。该装置中设定为水压超过1.26MPa时即能自动泄压，以保持装置安全。 普通型： 由于溢水环安装在罐件内的最上方，进入管路流入罐内的压力水能从罐内上方缓缓流出，水与泡沫液不会快速搅拌，保持比重大于水的泡沫药剂始终在水的下方，以满足比例混合器按比例使泡沫液与水的混合要求。 隔膜式贮罐： 由于贮罐内带有高强度橡胶膜，在使用过程中所贮存的泡沫原液不与水接触，每次使用后所剩的泡沫原液不会失效。此外性能稳定的橡胶膜也可以贮存各类轻水泡沫原液。此外性能稳定的橡胶膜也可以贮存各类轻水泡沫原液。 水质工程学(一)课程设计说明书 1设计任务 此课程设计的目的在于加深理解所学专业理论，培养运用所学知识综合分析和解决实际工程设计问题的初步能力，在设计、运算、绘图、查阅资料和设计手册以及使用设计规X等基本技能上得到初步训练和提高。 1.1设计要求 根据所给资料，设计一座城市自来水厂，确定水厂的规模、位置，对水厂工艺方案进行可行性研究，计算主要处理构筑物的工艺尺寸，确定水厂平面布置和高程布置，最后绘出水厂平面布置图、高程布置图（达到初步设计的深度），并简要写出一份设计计算说明书。 1.2基本资料 1.2.1城市用水量资料 1.2.2原水水质及水文地质资料 (1) 原水水质情况：水源为河流地面水 ⑵水文地质及气象资料 ①河流水位特征 最高水位-1m,，最低水位-5m，常年水位-3m ②气象资料 历年平均气温16.00C，年最高平均气温390C，年最低平均气温-30C，年平均降水量1954.1mm，年最高降水量2634.5mm，年最低降水量1178.7mm。常年主导风向为东南风，频率为78％，历年最大冰冻深度：20cm。 ③地质资料 第一层：回填、松土层，承载力8kg/cm2, 深1～1.5m 第一层：粘土层，承载力10kg/cm2, 深3～4m 第一层：粉土层，承载力8kg/cm2, 深3～4m 地下水位平均在粘土层下0.5m 2水厂选址 厂址选择应在整个给水系统设计方案中全面规划，综合考虑，通过技术经济比较确定。在选择厂址时，一般应考虑以下几个方面： ⑴厂址应选择在工程地质条件较好的地方。一般选在地下水位低、承载力较大、湿陷性等级不高、岩石较少的地层，以降低工程造价和便于施工。 ⑵水厂应尽可能选择在不受洪水威胁的地方。否则应考虑防洪措施。 ⑶水厂应尽量设置在交通方便、靠近电源的地方，以利于施工管理和降低输电线路的造价。并考虑沉淀池排泥及滤池冲洗水排除方便。 ⑷当取水地点距离用水区较近时，水厂一般设置在取水构筑物附近，通常与取水构筑物建在一起；当取水地点距离用水区较远时，厂址选择有两种方案，一是将水厂设置在取水构筑物附近；另一是将水厂设置在离用水区较近的地方。 根据综合因素考虑，将水厂设置在取水构筑物附近，水厂和构筑物可集中管理，节省水厂自用水的输水费用并便于沉淀池排泥和滤池冲洗水排除。 3水厂规模及水量确定 Q生活=240×52000×10-3=12480m3/d Q工业=12480×1.78=22214.4m3/d Q三产=12960×0.82=10233.6m3/d Q工厂=0.5+0.8+0.6+1.1=30000m3/d 管式静态混合器流量怎么计算 根据静态混合器连续操作的特点, 定义描述其混合效果的混合度表达式, 并利用不相溶的两相流体混合后的 体积等于它们各自体积之和的原理, 建立动态求取各组分体积分数和流量分数的计算方法和实验装置. 结果表明:利用该方法测定静态混合器的混合效果避免了多点取样,提高了测量的准确性并减少了实验时间,可以用于混合产品质量的在线检测,并为静态混合器的结构设计和工艺设计提供参考依据. 2 管式混合器 混合设备的基本要求是，药剂与水的混合必须均匀，混合设备种类较多，常用的有水泵混合，管式混合，机械混合。水泵混合效果较好，不需要另外建设混合设施，节省动力，大中小型水厂均可以使用，但是采用三氯化铁作为混凝剂时，若投药量较大，药剂对水泵叶轮有轻微的腐蚀作用。当水泵距离反应池较远时，不宜采用水泵混合。机械混合是在池子内安装搅拌设备，以电动机驱动搅拌器使水与药剂混合，机械搅拌的优点是混合效果好，且不受水量变化的影响，适用于各种规模的水厂，缺点是增加机械设备并且相应增加维修费用，目前广泛采用的是管式混合器。 方式优缺点适用条件 管式混合优点： 1.设备简单 2.不占地缺点: 1.当流量减小时可能在中反应混凝 2.一般管道混合效果较差, 但采用静态管式混合器效果好,但水头损失大. 适用于流量变化不大的水厂 混合池混合优点:1.混合效果好 2.某些池型能调节水头高低,适应流量变化缺点:1.占地面积大 2.某些进水方式要带入大量气体适用于大中型水厂 水泵混合优点:1.设备简单 2.混合充分,混合效果好 3.不消耗动能缺点:吸水管较多时投药设备要增加,安装管理复杂适用于一级泵房距离处理构筑物120 米以内的各种规模的水厂 浆板式机械混合优点:1.混合效果好 2.水头损失小缺点:1.需要动能设备 2.管理维护比较复杂适用于各种规模的水厂 杭州西区水厂设计采用静态管式混合器,静态管式混合器混合效果好,主要由混合组件构成,将它放入絮凝 池进水管道中即可,混合组件可以用钢板剪切成椭圆形,在轴线处上下弯折成26.5 度的夹角,各个组件相互垂 直交叉,在端点处焊接既为一节组件。 设计使用要求如下： 混合组件数目为1-4 节，流速小时采用上限 水头损失等于 Q-流量 d-进水管管径m n-混合单元数 一般静态管式混合器的水头损失为0.5 米 混凝剂采用聚合硫酸铁（PFS），混凝工艺采用管式混合器，采用2节混合单元，流速为（在之间取值），进水管两根，投药设备混凝剂为PAC，混凝工艺采用管式静态混合器，混合元件数可为1-4节，取 2 节。 水头损失 一般水头损失要小于0.5m d=880mm,取0.9m 加药点设在混合器进口处，并增加药液扩散器，使混凝剂在管道内很好扩散。 药剂投配设备的设计 药剂采用PAC，混凝剂最大投加量阿a=20mg/l 溶液池 溶解池药剂用泵投加 压力式泡沫比例混合器安全操作规程 一、工作原理 当消防压力水流经该设备时，比例混合器将其按比例分流，其中一部分水进入胶囊的泡沫液储罐夹层，挤压胶囊，置换出等体积的泡沫液与其余管道内的消防水混合为一定比例的泡沫混合液，并输送给泡沫产生设备。 二、使用方法 1．装泡沫液 待备状态前应先给胶囊内加满泡沫原液。方法如下： a：灌装泡沫液时应先打开罐体排气阀，胶囊排气阀，同时应打开上部泡沫液灌装口、储罐进水口，关闭胶囊排液阀和储罐出水口。 b：打开进水阀给罐体和胶囊夹层内灌装300—1000L清水，是胶囊漂浮、完全展开。 c：然后将连接泡沫液灌装泵的胶管插入上部泡沫液灌装口，将泡沫液灌到胶囊内，同时打开储罐排水阀，缓慢排出罐体和胶囊夹层的清水。灌装足量的泡沫液或至泡沫液充满胶囊并从胶囊顶部排气口溢出，停止灌装泡沫。 d：灌装结束后应保持储罐进水阀，出水阀常开，其余阀门常关，设备进入正常待背状态。 2．使用操作 当压力式泡沫比例混合器与相应的消防管线连接完成后，必须 保持储罐进出口常开，其他阀门包括消防线上阀门关闭。当连接的1号罐区储罐出现火情时，应立即开启对应储罐的消防线上蝶阀，然后通过开启储罐进口管线上闸阀，观察储罐压力表压力，达到0.6MPa时，开启储罐出口管线上的阀门，混合液即通往火情油罐进行灭火。 3．更换泡沫液 泡沫液用完或者贮藏期超过有效期的，应当充新的泡沫液。在重新充装之前应对胶囊进行全面的清洗。打开储罐排水阀和胶囊排液阀，放尽胶囊内的泡沫液，然后从储罐上部的胶囊排气口接入氮气进行吹扫将胶囊内的泡沫残液吹尽。关闭胶囊排气阀和胶囊排液阀，从胶囊下部灌装口向胶囊注入清水，清洗胶囊内表面，最后打开胶囊排液阀，开启连接氮气的胶囊排气阀，将胶囊内额水吹出，并继续吹胶囊30分钟，把胶囊内的水彻底吹干。重新灌装泡沫液。 静态混合器的种类和用途 静态混合器 静态混合器是一种没有运动部件的高效混合设备，其基本工作机理是利用固定在管内的混合单元体改变流体在管内的流动状态，以达到不同流体之间良好分散和充分混合的目的。 目录 简介 原理 分类 编辑本段简介 静态混合器是20世纪70年代初开始发展的一种先进混合器，1970年美国凯尼斯公司首次推出其研制开发的静态混合器，20世纪80后，国内相关企业也纷纷投入研究生产，其中在乳化燃料生产方面也得到了很好的应用。 自20世纪70年代以来，静态混合器就已开始在化学工业、食品工业、纺织轻工等行业得到应用，并取得良好的成果。但静态混合器作为一种专 利产品，国内、国外都对此结构不但保密，而且制成一次性不可拆卸结构。同时，固化剂和环氧树脂粘度相差很大（环氧树脂粘度是固化剂粘度的20～80倍），两流体在管路中流速又非常低，造成它们难以混合均匀。 静态混合器是一种先进的单元设备，和搅拌器不同的是，它的内部没有运动部件，主要运用流体流动和内部单元实现各种流全的混合以及结构特殊的设计合理性。静态混合器与孔板柱、文氏管、搅拌器、均质器等其它设备相比较具有效率高、能耗低、体积小、投资省、易于连续化生产。静态混合器中，流体的运动遵循着“分割-移位-重叠”的规律，混合过程的中起主要作用的是移位。移位的方式可分为两大类：“同一截面流速分布引起的相对移位和“多通道相对移位”，不同型号混合器的移位方式也有所不同。海泰美信HICHINE静态混合器不仅应用于混合过程，而且可以应用于与混合-传递有关的过程，包括气/气混合、液/液萃取、气/液反应、强化传热及液/液反应等过程。静态混合器广泛应用于塑料、化工、医药、矿冶、食品、日化、农药、电缆、石油、造纸、化纤、生物、环保等多个行业。由于该产品耗能低、投资省、效果好、见效快，为用户带来了可观的经济效益。 编辑本段原理 PHY系列压力式泡沫比例混合装置 使用讲明书 河南捷安消防设备有限公司 目录 目录1 一、产品特点及用途2 图一、贮罐压力式空气泡沫比例混合装置泡沫灭火系统示意图2二、产品规格及型号3 PHY系列压力式泡沫比例混合装置的型号意义3 三、结构及工作原理3 (一) 一般型贮罐4 (二) 隔膜型贮罐3 四、性能参数4 表一、PHY系列贮罐压力式泡沫比例混合装置性能参数表 4 表二、PHY系列贮罐压力式泡沫比例混合装置安装尺寸表（卧式）5表三、PHY系列贮罐压力式泡沫比例混合装置安装尺寸表（立式）6图二、贮罐压力式泡沫比例混合装置工作原理图6 五、安装7 六、使用方法8 （一）使用条件8 （二）一般型压力式泡沫比例混合装置使用方法8 （三）隔膜型压力式泡沫比例混合装置使用方法9 七、爱护和保养9 产品特点及用途 PHY系列贮罐压力式泡沫比例混合装置由泡沫罐、压力式比例混合器、隔膜、进水管、出液管及操纵阀门等组成。当压力水流经该装置的比例混合器时，能使水与泡沫液按一定的比例进行自动混合，输出泡沫混合液供泡沫产生及喷射设备产生空气泡沫进行灭火。 该装置可与消防泵（或消防车）、泡沫产生及喷射设备组成固定式（或半固 定式）泡沫灭火系统（见图一），广泛应用于扑灭甲（液化气除外）、乙、丙类液体火灾，具有安全可靠、灭火效率高等优点，是油库、炼油厂、化工厂、油田、码头、油轮、飞机库、机场及燃油锅炉房等场所最普遍使用的消防设备。 图一、贮罐压力式空气泡沫比例混合装置泡沫灭火系统示意图 产品规格及型号 PHY系列压力式泡沫比例混合装置按填盛方式分隔膜型、一般型，按罐体放置方式分卧式、立式两种形式。泡沫混合比一样为3％或6％，亦可提供8％的混合液用于中倍数泡沫灭火系统。该装置混合液流量32-160L/S，贮罐容积为1000-16000L不同规格。按照所需要的混合液流量和泡沫喷射时刻、比例混合器和泡沫罐可任意组合成系列产品，以满足工程应用的需要。 PHY系列压力式泡沫比例混合装置的型号意义 标记示例： 容积为3000L、比例混合器流量32L/S，卧式，带隔膜的压力式泡沫比例混合装置，标记为PHYM32/30。 结构及工作原理 PHY系列压力式泡沫比例混合装置由罐体（一般型或隔膜型）、比例混合器总成、进水管路总成、出水管总成，排液管总成等组成。 当消防水泵的压力水沿供水管道进入比例混合器时，一部分压力水经进水管道流入泡沫液贮罐，将罐内（或隔膜内）的泡沫液压出，泡沫液通过出液管道进入压力比例混合器，在混合器中与水按规定的比例形成混合液流出混合器，再通过混合液管被送入泡沫产生设备，喷射泡沫进行灭火（见图二）。该装置中设定为水压超过1.2Mpa时即能自动泄压，以保持装置安全。 一般型 由于溢水环安装在罐体内的最上方，进入管路流入罐内的压力水能从罐内上方慢慢流出，水与泡沫液可不能快速混合，保持比重大于水的泡沫药剂始终在水的下方，以满足比例混合器按比例使泡沫液与水的混合要求。 隔膜式贮罐 由于贮罐内带有高强度橡胶囊，在使用过程中所贮存的泡沫原液不与水接触，每次使用后所剩的泡沫原液可不能失效。此外性能稳固的橡胶囊也能够贮存各类轻水泡沫原液。 1、概念 静态混合器是一种新型先进的化工单元设备，自70年代开始应用后，迅速在国内外各个领域得到推广应用。众所周知，对于二股流体的混合，一般用搅拌的方法。这是一种动态的混合设备，设备中有运动部件。而静态混合器内主要构件静态混合单元在混合过程中自身并不运动，而是凭借流体本身的能量并借助静态混合单元的作用使流体得到分散混合，设备内无一运动部件。 2、流体的混合机理 对于层流和湍流等不同的场合，静态混合器内流体混合的机理差别很大。层流时是“分割---位置移动---重新汇合”的三要素对流体进行有规则的反复作用，从而达到混合；湍流时，除以上三要素外，由于流体在流动的断面方向产生剧烈的涡流，有很强的剪切力作用于流体，使流体的细微部分进一步被分割而混合。 3、静态混合器的混合形态 静态混合器在基本工艺流程中的组合方法见下图所示的两种类型。在实际应用中往往将多种基本流程组合在一起使用。两种液体汇合部位的结构，应根据液体的粘度、密度、混合比、互溶性等来确定。尤其当两种液体一接触就反应或凝胶而相变时，更要注意汇合部位的结构、流速以及混合器的选择。 3.1层流的混合 经静态混合器混合后的流体的混合形态，与经具有传动部件的混合机或搅拌机混合的混合形态有明显的差别。图二表示采用静态混合器混合两种流体是产生的典型层流混合状态。混合状态由条带状变为连续的或不连续的线状及粒子状，而状态的变化取决于流体混合时的雷诺数和韦伯数。例如：当流速、粘度、混合器直径一定时，如果流体间表面张力大，流体的混合形态则从条带状转向线状，进而变化到粒子状。 混合器单元数、管径和流速的选定 混合器的单元数和直径随流体的性质（粘度、互溶性、密度）、混合比、希望达到的混合状态、接触面上液体的结构变化等而不同，可通过试验和经验来确定。通常基于雷诺数并经试验确定混合器的放大倍数。但当雷诺数R e＜100（严格地说在1以下）时，混合程度、混合状态与雷诺数无关，只取决于混合器的单元数。 静态混合器要如何选型？ 【字体：大中小】点击数： 一、静态混合器选型： 静态混合器选型一般取决于所用混合介质的物性（如粘度、颗粒大小、含固量、反应速度和工作温度压力等）。S V型比较常用，因混合性能好，广泛应用于汽-液、液-液、液-固等状态的混合，如调和油、轻质油混合、香料乳化、化学反应等。但SV型系统有压降，所需动力相对较大。而SK型静态混合器，因系统阻力降小、混合性能较好等特点，较多地应用于重质油与水、颗粒大小及含固量多等物系的混合。- 由于各工艺过程的不同，要求也会有所不同。因此在选型上，则根据不同的要求，灵活选用。例如：对于介质粘度较高的物系，一般采用SK型；而对混合性能有一定的要求，则可在选择SV型时并适当放大一些尺寸（管径）。- 当然，您也可通过计算软件来进行计算选型。 二、快速选型如下： SH型静态混合器---混合效果好，常用于粘度较高且清洁的介质。 SL型静态混合器---混合效果较好，常用于粘度较高或伴有高聚物介质的混合物系。 SX型静态混合器---混合效果较好，常用于中等粘度或生产高聚物流体的混合和反应过程。 SK型静态混合器---混合效果较好，常用于粘度较高通常粘度≥500厘泊且伴有杂质颗粒的小流量混合物系。 SV型静态混合器---混合效果好，常用于混合，乳化等要求较高的并且粘度≤100厘泊的各种物系。但因水力直径较小，相应阻力降ΔP 也就较大，要提高处理量，除增大公称直径外，所需动力也大。动力粘度换算：1泊（P）＝0.1帕·秒（Pa·s）1厘泊（cP）=0.001帕·秒（Pa·s）三、分配器：分配器的作用是将两股或两股以上的流体汇合成一股，然后进入静态混合器进行混合。分配器的型式通常分为两种，即三通管式和射流器式。其中三通管式的分配器适用的流体流量和压力相差不多；而射流器式的分配器适用流量比或压力比很大的混合介质。 分配器可以自己制作（如三通管式的要求不高），也可以委托定制。 （情绪管理）PHY系列压力式泡沫比例混合装置 PHY系列压力式比例混合装置使用说明书 河南捷安消防设备有限X公司 目录 目录2 壹、产品特点及用途3 图壹、贮罐压力式空气泡沫比例混合装置泡沫灭火系统示意图3 二、产品规格及型号3 PHY系列压力式泡沫比例混合装置的型号意义3 三、结构及工作原理4 (壹)普通型贮罐4 (二)隔膜型贮罐5 四、性能参数5 表壹、PHY系列贮罐压力式泡沫比例混合装置性能参数表5 表二、PHY系列贮罐压力式泡沫比例混合装置安装尺寸表（卧式）5 表三、PHY系列贮罐压力式泡沫比例混合装置安装尺寸表（立式）6 图二、贮罐压力式泡沫比例混合装置工作原理图6 五、安装7 六、使用方法8 （壹）使用条件8 （二）普通型压力式泡沫比例混合装置使用方法8 （三）隔膜型压力式泡沫比例混合装置使用方法9 七、维护和保养9 一、产品特点及用途 PHY系列贮罐压力式泡沫比例混合装置由泡沫罐、压力式比例混合器、 隔膜、进水管、出液管及控制阀门等组成。当压力水流经该装置的比例混合器时，能使水和泡沫液按壹定的比例进行自动混合，输出泡沫混合液供泡沫产生及喷射设备产生空气泡沫进行灭火。 该装置可和消防泵（或消防车）、泡沫产生及喷射设备组成固定式（或半固定式）泡沫灭火系统（见图壹），广泛应用于扑灭甲（液化气除外）、乙、丙类液体火灾，具有安全可靠、灭火效率高等优点，是油库、炼油厂、化工厂、油田、码头、油轮、飞机库、机场及燃油锅炉房等场所最普遍使用的消防设备。 图壹、贮罐压力式空气泡沫比例混合装置泡沫灭火系统示意图 二、产品规格及型号 PHY系列压力式泡沫比例混合装置按填盛方式分隔膜型、普通型，按罐体放置方式分卧式、立式俩种形式。泡沫混合比壹般为3％或6％，亦可提供8％的混合液用于中倍数泡沫灭火系统。该装置混合液流量32-160L/S，贮罐容积为1000-16000L不同规格。根据所需要的混合液流量和泡沫喷射时间、比例混合器和泡沫罐可任意组合成系列产品，以满足工程应用的需要。 PHY系列压力式泡沫比例混合装置的型号意义 静态混合器计算 1.1 选类型 选型依据：HG/T 20570.20-95 静态混合器设计 已知：在工作温度为35℃，系统压力为1.8MPa 下，静态混合器各股物流的物料 质量流率 kg/h 密度 kg/m3 体积流率 m3/h 粘度 mPa·s 直馏柴油 27777.8 810.4 34.28 2.03 液氨 116.0 587.4 0.20 10.5 乙二醇 3472.2 1102.0 3.15 0.0136 Σ 31366.0 37.63 根据表1.1，三股物料粘度均小于100mP·s ，选择SV 型静态混合器较合适。 1.2 流速 总体积流量： h /m 63.374 .5870 .116110210472.34.8101078.27333321=+?+?= ++=V V V V 根据表1.2，选择静态混合器管径为：mm 150=D 流体流速： m/s 589.0360015.04 468 .373600422=??=?=ππD V u 对于低、中粘度流体的混合、萃取、中和、传热、中速反应，适宜于过渡流或湍流条件下工作，流体流速控制在m/s 8.0~3.0，m/s 589.0=u 符合情况。 1.3 具体型号 选长径比为10=D L ，则 mm 150015010=?=L ，且设计压力为P=2.0MPa ，查表1.2，水力直径h d 取6mm ，所以该静态混合器型号规格为： SV-6/150-4.0-1500。 1.4 反应时间 [] ? -=Af X 0 A A A0)(X R dX c t 由于环烷酸与液氨的反应为1.5级反应，所以： ( )5 .1A f 5 .1A 01X kc r -= []() ?? -=-=Af Af 05.1Af 5.1A0A A00 A A A01)(X X X kc dX c X R dX c t 积分得： ()5 .0A0 5.0 Af 5.011kc X t ?--= - 式中：k —为反应速率常数，-0.5-11.5kmol s m 89.49??=k ； Af X —环烷酸转化率，由设计要求可得%3.99Af =X ； A0c —环烷酸浓度。 30A0m /kmol 012.063 .37260 /06.118/==== V M m V n c A 所以： ()s 4012 .089.495.01 993.015.0=??--= -t 单个静态混合器的反应体积： 3 22m 0265.05.115.044=??=?=π πL D V r 则空时： s 53.23600 63.370265 .0=÷== Q V r τ 选用两个静态混合器串联，则空时：τ=2×2.53=5.06s 由于是该反应是在液相中进行，可视为等容均相反应过程，故反应物料在静态混合器中的平均停留时间T=5.06s 由此可见，选择两个SV-6/150-4.0-1500静态混合器串联即可满足工艺要求。 1.5 压力降计算 查表1.2，空隙率0.1=ε，则： 8.14100 .11003.2589 .04.810006.03c h =????= = -με ρεu d R e 查表1.3，当150≥εe R 时，摩擦系数：0.1≈f 静态混合器压力降： 压力式泡沫比例混合装置 使用说明及操作流程 东营市亚通石化有限公司 李廷振 一、泡沫比例混合装置的特点及用途 贮罐压力式泡沫比例混合装置由泡沫罐、压力式比例混合器、 隔膜、进水管、出液管及控制阀门等组成。当压力水流经该装置的比例混合器时，能使水与泡沫液按一定的比例进行自动混合，输出泡沫混合液供泡沫产生及喷射设备产生空气泡沫进行灭火。 该装置可与消防泵（或消防车）、泡沫产生及喷射设备组成固定式（或半固定式）泡沫灭火系统（见图一），广泛应用于扑灭甲（液化气除外）、乙、丙类液体火灾，具有安全可靠、灭火效率高等优点，是油库、炼油厂、化工厂、油田、码头、油轮、飞机库、机场及燃油锅炉房等场所最普遍使用的消防设备。 图一、贮罐压力式空气泡沫比例混合装置泡沫灭火系统示意图 二、规格及型号 压力式泡沫比例混合装置按填盛方式分隔膜型、普通型，按罐体放置方式分卧式、立式两种形式。泡沫混合比一般为3％或6％，亦可提供8％的混合液用于中倍数泡沫灭火系统。该装置混合液流量32-160L/S，贮罐容积为1000-16000L不同规格。根据所需要的混合液流量和泡沫喷射时间、比例混合器和泡沫罐可任意组合成系列产品，以满足工程应用的需要。 三、结构及工作原理 压力式泡沫比例混合装置由罐体（普通型或隔膜型）、比例混合器总成、进水管路总成、出水管总成，排液管总成等组成。 当消防水泵的压力水沿供水管道进入比例混合器时，一部分压力水经进水管道流入泡沫液贮罐，将罐内（或隔膜内）的泡沫液压出，泡沫液通过出液管道进入压力比例混合器，在混合器中与水按规定的比例形成混合液流出混合器，再通过混合液管被送入泡沫产生设备，喷射泡沫进行灭火（见图二）。该装置中设定为水压超过1.2Mpa时即能自动泄压，以保持装置安全。 (一)普通型 由于溢水环安装在罐体内的最上方，进入管路流入罐内的压力水能从罐内上方缓缓流出，水与泡沫液不会快速混合，保持比重大于水的泡沫药剂始终在水的下方，以满足比例混合器按比例使泡沫液与水的混合要求。 (二)隔膜式贮罐 由于贮罐内带有高强度橡胶囊，在使用过程中所贮存的泡沫原液不与水接触，每次使用后所剩的泡沫原液不会失效。此外性能稳定的橡胶囊也可以贮存各类轻水泡沫原液。 图二、贮罐式泡沫比例混合装置工作原理图 一.设计资料 1.1.1 供水要求 1）给水厂水量为30000m3/d。 2）水厂自用水量系数为5～8％，时变化系数1.5～1.4。 3）水厂出水水压为45~50m。 4）出厂水质达到国家饮用水水质标准。 5）水厂自用水取5%。 6）时变化系数取1.5。 1.1.2 原水水质 某河流原水水质分析结果（见表1） 表1 某河流的原水水质分析结果 1.3 饮用水水质标准 生活饮用水水质标准（见表2） 表2 生活饮用水水质非常规检验项目及限值（62项） 1.2 设计任务 1）根据水质、水量、地区条件、施工条件和一些水厂运转情况选定处理方案和确定处理工艺流程。 2）拟定各种构筑物的设计流量及工艺参数。 3）选择各构筑物的形式和数目，初步进行水厂的平面布置和高程布置。在此基础上确定构筑物的形式、有关尺寸安装位置等。 4）进行各构筑物的设计和计算，定出各构筑物和主要构件的尺寸，设计时要考虑到构筑物及其构造、施工上的可能性。 5）根据各构筑物的确切尺寸，确定各构筑物在平面布置上的确切位置，并最后完成平面布置。确定各构筑物间连接管道、检查井的位置。 6）水厂厂区主体构筑物（生产工艺）和附属构筑物的布置，厂区道路、绿化等总体布置。 二．设计说明 2.1 选择方案 2.1.1 絮凝工艺： 方案：采用机械絮凝池和往复式隔板絮凝池组合使用 机械絮凝池 优点：絮凝效果好，节省药剂；水头损失小；可适应水质水量的变化。 缺点：需机械设备和经常维修。 往复式隔板絮凝池 优点：絮凝效果好；构造简单；施工方便。 缺点：容积较大；水头损失较大；转弯处絮粒容易破碎；出水流量不易分配均 匀；出口处易积泥，适用于流量每日大于3万立方米且水量变化较小的水厂。 两种形式絮凝池组合使用有如下优点：当水质水量发生变化时，可以调节机械 搅拌速度以弥补隔板往复式絮凝池的不足；当机械搅拌装置需要维修时，隔板 往复式絮凝池仍可继续运行。此外，若设计流量较小，采用往复式隔板絮凝池 往往前端廊道宽度不足0.5m，不利于施工，则前端采用机械絮凝池可弥补此不 足。 2.1.2 沉淀工艺： 方案：采用平流沉淀池 优点：造价较低；操作管理方便；施工简单；对源水浊度适应性较强；处理效果稳定；采用机械排泥设施时，排泥效果好。 缺点：需要维护机械排泥设备；占地面积较大；水力排泥时排泥困难；一般使用于中小型水厂。 2.1.3 过滤工艺： 方案：V型滤池 优点：可以采用均质滤料，截污能力大，反冲洗干净，过滤周期长，处理水质稳定，节省反冲洗水量。 缺点：对施工的精度和操作管理水平要求甚严，否则会产生如下问题：反冲洗不均匀，有较严重的短流现象发生；跑砂；滤板接缝不平、滤头套管处 密封不严，滤头堵塞甚至发生开裂；阀门启闭不畅等现象时有发生。2.2 水厂设计说明 2.2.1 设计规模 Q＝30000 3m d，水厂自用水系数按5％计，设计任务书已给出最高日用水量为： d静态混合器的设置
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