用于液体混合的三级混合系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种用于液体混合的三级混合系统，其包括：一泵，所述泵内具有一搅拌叶轮；一预混合装置，其沿混合液体的流向设于所述泵的前方；一后混合装置，其沿混合液体的流向设于所述泵的后方。本发明所述的三级混合系统通过三级混合的设计，使得其能够使高分子絮凝剂在固液两相流中快速混合均匀，此外其结构简单、方便实用。
【专利说明】用于液体混合的三级混合系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种混合装置，尤其涉及一种液体混合装置。
【背景技术】
[0002]在废水处理过程中，预处理后的废液及二次沉淀后的淤泥需要排入悬浮物池内添加高分子絮凝剂(PAM)，进行絮凝反应。絮凝就是废水经过与絮凝药剂充分混合后，再进入絮凝池进行絮凝的过程。为去除废水中的污染物，需要在水中投加适量的絮凝剂，经过一系列的混合、絮凝过程后，形成絮凝体，从而保证在后续的沉淀过程中具有良好的分离效果。絮凝过程可以分解成两个阶段:第一阶段为快速混合过程；第二阶段为缓慢的絮凝反应过程。以上两个过程并没有去除水中杂质颗粒，是为沉淀、过滤工艺创造必要条件。
[0003]当悬浮物液是一种固液两相流时，高分子絮凝剂由于粘度高而不易分散到悬浮物液中。如果将絮凝剂直接添加在悬浮物池内，会减弱药剂的絮凝效果造成药剂的浪费，并使后续在浓缩池的沉降性能变差，最终导致板框出泥含水率提高。为了获得最佳的絮凝效果，必须使絮凝剂溶液在悬浮物液中混合均匀。
[0004]目前一般药剂的混合技术主要分静态混合和动态混合两种方式:
[0005]动态混合主要通过搅拌设备，其搅拌过程是通过桨叶的旋转向搅拌槽内输入机械能，从而使流体获得适宜的流场形态，并在流场内进行动量、热量和质量的传递或者进行化学反应的过程。机械搅拌的混合池长期以来被认为是一种效率高的混合设备，它的水流特点在于具有返混的性质。但搅拌设备一般运用于较小的反应槽内，如果悬浮池体积很大，单点投加絮凝剂效果就会较差，多点投加絮凝剂也难以控制剂量。
[0006]静态混合器是相对动态混合器而提出的，它是借助流体管路的不同结构，得以在很宽的雷诺数范围内进行流体的混合，而又没有机械式可动部件的流体管路结构体，在管道内放置这种特别的、结构规则的构件，当两种或更多种流体等物质通过这些构件时被不断地切割和转向，使之混合均匀。这种装置可以安装在悬浮物提升泵出口管道处，但当泵输送的介质中含有大量的淤泥，其复杂的管路结构很容易使其内部发生堵塞。
[0007]静态混合器中还有一种射流混合装置。射流装置由一个中心驱动喷嘴和一个环形的吸入通道组成，通过压力水源驱动，吸入介质并混合，但其中心驱动喷嘴容易造成诱导流体的阻塞。
[0008]此外，水处理领域还有水力絮凝器。现在的水力絮凝形式多种多样，有隔板反应器、旋流反应器、水力澄清器、脉冲澄清器、折板反应器、波纹板反应器、网格反应器等，其均存在制作安装困难、容易堵塞、运行维护不便、絮凝效果受流量变化的影响等缺点。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种用于液体混合的三级混合系统，其应当能够使高分子絮凝剂在固液两相流中快速混合均匀，此外其还应当满足结构简单、方便实用的要求。
[0010]混合过程是在强制流动作用下通过主体扩散、湍流扩散和分子扩散，最终达到分子级均匀混合。刚加入的药剂首先形成大尺度的涡旋微团，在湍流拉伸、剪切作用下，大涡旋分裂成较小尺度的涡旋，能量从大涡旋传递到小涡旋，小涡旋则向更小的涡旋传递，直到更小尺度，最后因粘性应力的作用耗散为热。在这一过程中，水力条件对混合起决定性作用，因此如何控制水力条件，如何有效地消除大尺度涡旋，增加微小涡旋的比例，也就是如何增加颗粒碰撞次数，是能否提高混合效率的关键。
[0011]絮凝剂在与固液两相流的混合中有其自身的条件，其一是混合均匀，使得固体颗粒有均等的机会活的合絮凝剂分子的联接；其二是快速，一旦混合均匀，必须停止混合，保持流体的均匀流态，以免分子链废破坏，影响后续沉降反应。
[0012]基于上述发明原理，为了达到本发明的目的，本发明提供了一种用于液体混合的三级混合系统，其包括:
[0013]一泵，所述泵内具有一搅拌叶轮；
[0014]一预混合装置，其沿混合液体的流向设于所述泵的前方；
[0015]一后混合装置，其沿混合液体的流向设于所述泵的后方；
[0016]其中，所述预混合装置包括:
[0017]一管状的外壳，沿混合液体的流向，该外壳的内壁具有依次衔接的一第一直段、一锥形段和一第二直段，所述第二直段的直径小于第一直段的直径，在所述第一直段上具有一环形的凹槽，所述外壳上还开设有一药剂注入口，该药剂注入口与所述凹槽导通；
[0018]一管状的内套，其设于所述外壳内；所述内套具有一第一段和一第二段，所述第一段的外径大于第二段的外径，且第一段与所述外壳紧密固定连接，第二段与所述凹槽形成一药剂缓冲区，所述内套的第二段还与外壳的第一直段形成一环形间隙，该环形间隙与所述药剂缓冲区衔接并导通；
[0019]所述后混合装置包括:
[0020]一前盖，其具有一腔体，所述前盖的前端开设有一上游喷嘴，该上游喷嘴与前盖的腔体连通；
[0021]一中空的碰撞块，其具有一连接端和一锥形端，所述连接端与前盖的后端连接，以使所述锥形端全部设于前盖的腔体内，所述锥形端具有一下游喷嘴，所述下游喷嘴和上游喷嘴同轴或几乎同轴设置；
[0022]所述后混合装置的结构以上游喷嘴或下游喷嘴的轴心轴对称布置。
[0023]进一步地，在预混合装置中，所述外壳的锥形段的长度L1 = (0.5?I) D2, D2为所述内套的内径。
[0024]进一步地，在所述后混合装置中，上游喷嘴和下游喷嘴的同心度不大于0.05mm。
[0025]进一步地，在预混合装置中，所述第二直段的直径D3是内套的内径D2的1.2?1.5倍。
[0026]更进一步地，在预混合装置中，所述外壳的锥形段的锥度α为18度。
[0027]进一步地，在后混合装置中，所述碰撞块锥形端的前端面距所述前盖腔体底部的距离L2与上游喷嘴的口径的比值为2.4。
[0028]更进一步地，在后混合装置中，所述锥形端的锥度β为90-120度。
[0029]本发明所述的用于液体混合的三级混合系统，通过三级混合的设计，使得其能够使高分子絮凝剂在固液两相流中快速混合均匀，此外其结构简单、方便实用。【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1显示了本发明所述的用于液体混合的三级混合系统的结构。
[0031]图2为本发明所述的用于液体混合的三级混合系统在一种实施方式中预混合装置的结构图。
[0032]图3为本发明所述的用于液体混合的三级混合系统中预混合装置的工作原理图。
[0033]图4为本发明所述的用于液体混合的三级混合系统在一种实施方式中的后混合装置的结构图。
[0034]图5为本发明所述的用于液体混合的三级混合系统中后混合装置的工作原理图。【具体实施方式】
[0035]下面将结合说明书附图和实施例对本发明所述的技术方案进行进一步的解释说明。
[0036]如图1所示，本实施例中的三级混合系统包括:无堵排污泵16，该无堵排污泵16通过叶轮搅拌加压，通过叶轮的作用，液体随着叶轮的旋转做牵连运动，同时液体又不断地从旋转的叶轮中流出，相对于叶轮运动，通过这一复合运动，絮凝剂和悬浮物液得到高强度的搅拌，由于无堵排污泵16是本领域内的常用设备，故本技术方案对其不再进行详细介绍。三级混合系统除了上述无堵排污泵16外，还包括沿混合液体的流向设于无堵排污泵16的上游的预混合装置15，以及设于无堵排污泵16的下游的后混合装置17。
[0037]图2显示了一种实施方式下的预混合装置的结构。如图1所示，该预混合装置包括管状的外壳I和设于管状的外壳I内的内套2。其中外壳I的内壁具有依次衔接的第一直段11、锥形段12和第二直段13，第二直段13的直径D3小于第一直段11的直径D1，在第一直段11上具有一环形的凹槽，该凹槽与内套2形成了药剂缓冲区3，外壳I上还开设有药剂注入口 4，该药剂注入口 4与药剂缓冲区3导通。内套2设于外壳I内，内套具有第一段21和第二段22，第一段21的外径大于第二段22的外径，且第一段21与外壳I通过螺纹连接，内套2的第二段22还与外壳I的第一直段11形成一环形间隙5，该环形间隙5与药剂缓冲区3衔接并导通。锥形段的长度L1对预混合装置的混合性能有较大的影响，发明人通过大量试验发现L1取0.5?I倍的D2,D2为内套2的内径。另外，为了更好的产生卷吸性，发明人设计第二直段13的直径D3是内套2的内径D2的1.2?1.5倍。
[0038]在本实施例中D1为65mm, D2为40mm, D3为52mm, L1为30mm, α为18度，环形间隙5的宽度为1mm。
[0039]本技术方案中的预混合装置采用了射流原理。由于管道内的空间是有限的，装置的射流属于有限空间射流。图3显示了预混合装置的工作原理。如图3所示，在流核区31，射流核心速度保持不变，即有流核存在。在外层，由于固壁边界的影响，被引射流受到固壁的剪切作用，且射流与被引射流之间还由于射流边界层的剪切作用而发生能量、质量的交换。在基本流动区32，随着能量、质量交换的加剧，射流边界层迅速扩展到壁面，流核消失，流场各参量之剩余剖面在此区基本相似，此区是有限空间射流流动的最基本区域。在回流区33，射流在扩展到固壁之前卷吸了所有的被引射流，固壁边界层会发生分离，在流动方向上产生回流。在管流区34内边界层由分离到再附，在再附点之后(无回流产生则在射流扩展到固壁后)，射流与被引射流混合接近均匀，流速趋于一致，在下游较远地区呈现出完全管流的流动特性，通过这一过程絮凝混合的均匀性大大得到了提高。
[0040]图4显示了在一种实施方式下的后混合装置的结构。如图4所示，该后混合装置包括:前盖6，其具有一腔体，前盖的前端开设有上游喷嘴61，上游喷嘴61与前盖6的腔体连通；中空的碰撞块7，其具有连接端和锥形端，连接端与前盖6的后端连接，以使锥形端全部设于前盖6的腔体内，锥形端开设有下游喷嘴71，下游喷嘴71和上游喷嘴61同轴设置；整个后混合装置的结构以上游喷嘴或下游喷嘴的轴心轴对称布置。在后混合装置中，碰撞块7锥形端的前端面距前盖6腔体底部的距离L2对自激振荡漩涡的产生有重要影响，为了产生较大增幅的自激振荡效果，本技术方案中要求L2与上游喷嘴61的口径D4的比值为2.4。同时，在本实施例中，锥形端的锥度β为110度。
[0041]在本实施例中，上游喷嘴61的口径D4 = 65mm,L2 = 156mm，下游喷嘴71的口径D6满足D6/D4=l.2，因此D6 = 78mm,前盖腔体的内径D5满足D5/D4=2?10之间，为了加工简便，本实施例中D5 = 130mm。
[0042]需要强调的是，上游喷嘴61和下游喷嘴71的同心度对于后混合装置的工作非常重要，本技术方案中上游喷嘴61和下游喷嘴71的同心度不大于0.05mm。
[0043]本技术方案中的后混合装置采用了流体的自激振荡原理。自激振荡，就是在不须外加激励条件下，利用流体本身在合适的流体结构中由特殊的边界条件下产生自发的振荡。自激振荡通过在管道内产生一定的漩涡，然后通过管道内的漩涡提高混合反应中颗粒的碰撞次数，提高混合效率。图5显示了上述后混合装置的工作原理。如图5所示，当一股高压流流入轴对称腔室时，谐振腔内充满了静止流体，高压流与周围静止流体产生紊流掺混，产生强烈的动量交换，形成沿流向逐渐增厚的湍流剪切层，由于高压流速度大，剪切层为紊流剪切层且是不稳定的，故剪切层周围的流体被夹带而产生涡旋，由于剪切层是轴对称的，故涡旋以涡环38的形式对称存在和运动。剪切层与静止液体的交界处附近是分离区35，即流动从边界层分布转向剪切层分布，在剪切层中存在一个速度梯度很大且不稳定的区域，将诱发出有序的大结构旋涡，高压流中一定频率范围内的涡量扰动得到放大，在剪切层中形成一连串离散涡环38，由于剪切层是轴对称的，因此形成的涡环38也是沿腔室轴心对称分布。当其向下游运动，同下游碰撞壁36发生碰撞,在碰撞区产生一定的压力扰动波，该压力扰动波以声波速度向上游传播，到达上游附近的初始分离区，而分离区35对扰动相当敏感，又会诱发新的涡量脉动，因为剪切层不稳定性对扰动具有选择性的放大作用，当混合后的紊流随射流向下游传播的涡量脉动在剪切层内满足其放大条件时，则此扰动就在剪切层内得到放大。放大后的扰动再次与碰撞壁发生碰撞，又不断重复上述过程。在这一自激振荡过程中，流体内颗粒的碰撞次数得到了显著的增加，提高了混合效率。
[0044]请继续参阅图1，本实施例中的三级混合系统在运行时，气包10中的压缩空气通过减压阀11调压后驱动隔膜泵12动作，从而输送储罐13中的絮凝剂至预混合装置15中。无堵排污泵16将悬浮池14的悬浮物液抽起，在预混合装置15处与絮凝剂发生一级混合；进入无堵排污泵16后，发生高强度二级混合；最后，经过后混合装置17三级混合后通过管道输送至后续处理系统。
[0045]请继续参阅图1和图2，第一级混合过程主要是利用水力将絮凝剂快速的扩散到所投加的水流中。絮凝剂首先进入预混合装置15的药剂缓冲区3中，然后通过环形间隙5进入混合区C，与从吸入区A进入的悬浮液发生回流混合，由于环形间隙5的体积很狭小，而药剂缓冲区3的体积较大，使絮凝剂在经过这两个区域时受到节流作用，压力有所降低，减缓了隔膜泵的脉冲，确保稳定的压力输送至无堵排污泵16入口。环形间隙5的环形特性使絮凝剂与管道内介质更能均匀接触，并且其角度与管道平行，不会对无堵排污泵16吸入的液体产生阻力，有效减缓了无堵排污泵16的汽蚀现象。絮凝剂与悬浮物液在混合区C处交汇，在边界层的剪切作用下发生能量、质量的交换，由于α角度的存在，产生卷吸回流。进入管流区B后，两种流体混合接近均匀，流速趋于一致，现出完全管流的流动特性，形成大尺度的涡旋微团。
[0046]请继续参阅图1，第二级混合过程是一种高强度的机械搅拌过程。通过无堵排污泵16的叶轮对流体的搅拌作用，刚加入的药剂首先形成大尺度的涡旋微团，在拉伸、剪切作用下，大涡旋分裂成较小尺度的涡旋，能量从大涡旋传递到小涡旋，具有返混的性质。
[0047]请继续参阅图1和图4，第三级混合是一种静态混合，其利用流体自激振荡原理，流体在自激振荡区D与碰撞块7碰撞，产生剧烈的涡流，在很强的剪切力作用于流体下，使流体的微细部分进一步被分割而进行混合。同时，流体的流动遇到阻碍，稳定了流体的均匀流态。
[0048]通过上述三级混合后，絮凝剂和悬浮物混合均匀，为后续沉降反应创造良好的条件。
[0049]要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上具体实施例，随之有着许多的类似变化和变形。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形和变化，均应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于液体混合的三级混合系统，其特征在于，包括: 一泵，所述泵内具有一搅拌叶轮； 一预混合装置，其沿混合液体的流向设于所述泵的前方； 一后混合装置，其沿混合液体的流向设于所述泵的后方； 其中，所述预混合装置包括: 一管状的外壳，沿混合液体的流向，该外壳的内壁具有依次衔接的一第一直段、一锥形段和一第二直段，所述第二直段的直径小于第一直段的直径，在所述第一直段上具有一环形的凹槽，所述外壳上还开设有一药剂注入口，该药剂注入口与所述凹槽导通； 一管状的内套，其设于所述外壳内；所述内套具有一第一段和一第二段，所述第一段的外径大于第二段的外径，且第一段与所述外壳紧密固定连接，第二段与所述凹槽形成一药剂缓冲区，所述内套的第二段还与外壳的第一直段形成一环形间隙，该环形间隙与所述药剂缓冲区衔接并导通； 所述后混合装置包括: 一前盖，其具有一腔体，所述前盖的前端开设有一上游喷嘴，该上游喷嘴与前盖的腔体连通； 一中空的碰撞块，其具有一连接端和一锥形端，所述连接端与前盖的后端连接，以使所述锥形端全部设于前盖的腔体内，所述锥形端具有一下游喷嘴，所述下游喷嘴和上游喷嘴同轴或几乎同轴设置； 所述后混合装置的结构以上游喷嘴或下游喷嘴的轴心轴对称布置。
2.如权利要求1所述的三级混合系统，其特征在于，在预混合装置中，所述外壳的锥形段的长度L1 =(0.5?I) D2, D2为所述内套的内径。
3.如权利要求1或2所述的三级混合系统，其特征在于，在所述后混合装置中，上游喷嘴和下游喷嘴的同心度不大于0.05mm。
4.如权利要求2所述的三级混合系统，其特征在于，在预混合装置中，所述第二直段的直径D3是内套的内径D2的1.2?1.5倍。
5.如权利要求1、2、4中任意一项所述的三级混合系统，其特征在于，在预混合装置中，所述外壳的锥形段的锥度α为18度。
6.如权利要求5所述的三级混合系统，其特征在于，在后混合装置中，所述碰撞块锥形端的前端面距所述前盖腔体底部的距离L2与上游喷嘴的口径的比值为2.4。
7.如权利要求6所述的三级混合系统，其特征在于，在后混合装置中，所述锥形端的锥度β为90-120度。
【文档编号】B01F3/14GK103657497SQ201210315609
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年8月30日 优先权日:2012年8月30日
【发明者】李宏, 邢丰, 钟铭 申请人:宝山钢铁股份有限公司