煉油污泥用斜槳式攪拌機的設(shè)計

煉油污泥用斜槳式攪拌機的設(shè)計

根據(jù)國內(nèi)實際的原油精制工藝和生產(chǎn)水平，油宿油的殘渣可分為兩種類型：一種是可以二次精制，另一種是難以處理，無法二次精制。對于后者,少數(shù)煉油廠采用先進技術(shù)去除油渣中的催化劑等,將其加工作為橡膠填料。但是多數(shù)煉油廠則采用直接燃燒的方法用于發(fā)電、取暖,造成相當(dāng)大的資源浪費。由于無法二次煉制的油渣粘性較高,在二次處理時與處理劑接觸不夠充分、反應(yīng)不完全,造成二次處理效果不理想。為使二次處理更具經(jīng)濟效益,往往需要用攪拌機攪拌、加熱等手段來加速和完善二次處理過程。而由于煉油廢渣的特殊物理性質(zhì),國內(nèi)專用于煉油廢渣二次處理的攪拌機尚不多見,所以就需要完成該型攪拌機的結(jié)構(gòu)設(shè)計和功率計算等工作。1適于假塑性類非牛頓流體的斜槳式粉碎機煉油廢渣的主要化學(xué)成分為硫酸渣(約含膠質(zhì)瀝青80%、油10%、酸10%),密度約1.35g/cm3,由于該流體剪切變形規(guī)律不滿足牛頓內(nèi)摩擦規(guī)律,因此可判定該流體屬于非牛頓流體,并且可歸屬為非牛頓流體中的假塑性流體類型。該類型流體為剪切稀化流體,剪速增大,粘度下降。剪速高時,接近牛頓流體,在中剪速下則表現(xiàn)假塑性。由此參照經(jīng)典牛頓流體攪拌機類型中的斜槳式攪拌機,根據(jù)煉油廢渣粘度較高的特性,設(shè)計了適于假塑性類非牛頓流體的斜槳式攪拌機,該攪拌機幾何結(jié)構(gòu)簡單。其幾何模型及結(jié)構(gòu)參數(shù)如下:①攪拌器共設(shè)4層,每層間距400mm。②攪動臂相鄰兩層反時針90°交錯,除第1層外其余5層葉片在攪動臂上分布位置相同。③每層焊接兩只攪動臂(180°分布),并且含有4個葉片。④每件葉片高200mm、寬100mm、厚12mm,與垂直方向成30°,與徑向方向成7°。⑤高5層的葉片距轉(zhuǎn)動軸的距離為817、248、544、1090;底層的葉片距轉(zhuǎn)動軸的距離為960、448、220、700(單位均為mm)。攪拌機幾何模型見圖1。2功率計算2.1攪拌功率的計算和測量表觀粘度經(jīng)典的假塑性類非牛頓流體攪拌功率的計算方法中最常用的是Metzner等人提出的表觀粘度法。該方法是以非牛頓流體的表觀粘度ηa代替牛頓流體的粘度η來計算雷諾準(zhǔn)數(shù),進而利用牛頓流體所用的那些公式和圖線來計算非牛頓流體的攪拌功率。Metzner對表觀粘度作了如下定義,有兩臺結(jié)構(gòu)相同的攪拌槽,分別裝入牛頓流體和非牛頓流體,兩者以相同速度在層流狀態(tài)下攪拌,其中牛頓流體的粘度可由稀釋或增濃來調(diào)節(jié),以使兩個槽流體的攪拌功率相等。測量出的牛頓流體的粘度,就作為非牛頓流體的表觀粘度。設(shè)計中表觀粘度是按照與設(shè)計攪拌機具有大體相同幾何模型的小型攪拌機的實驗數(shù)據(jù)測定的。斜槳式攪拌機的功率P分成攪動臂的功率消耗PA和攪拌葉片的功率消耗PL兩部分。將圖1分解為圖2。多層攪拌槳的功率計算又可分解為每1層攪拌槳功率消耗的疊加,而非標(biāo)準(zhǔn)單層攪拌槳功率可由標(biāo)準(zhǔn)單層攪拌槳的功率消耗乘以經(jīng)驗系數(shù)A得到,見圖3。2.2平衡臂功率消耗的計算2.2.1流體密度計算標(biāo)準(zhǔn)單層雙葉片斜槳攪拌器的幾何模型見圖4。其功率計算公式:式中,P為計算功率,W;NP為功率準(zhǔn)數(shù);Re為攪拌雷諾數(shù);A、B、p為計算因子;ρ為流體密度,kg/m3;N為轉(zhuǎn)速,n/s;D為攪拌槽內(nèi)徑,m;d為雙葉片直徑,m;b為葉片高,m;θ為葉片與豎直攪拌軸的夾角,(°)。2.2.2攪拌功率對底層擾動臂功率的影響在低粘度及中粘度液體場合(湍流范圍)內(nèi),攪拌槳在槽內(nèi)的安裝高度Hp對攪拌功率沒有多大影響;對高粘度(層流范圍)的情況,最底層攪動臂功率通常要比標(biāo)準(zhǔn)攪動臂(圖4)的攪動功率大10%～15%,而最高層攪動臂功率與之相比則要低10%～15%。中間各層攪拌臂功率基本上呈線性降低。2.2.3分離后的兩組功率消耗假設(shè)斜槳式攪拌機層數(shù)為N,同等工況下標(biāo)準(zhǔn)單層斜槳式攪拌機消耗的功率為P0,則分離后的單層槳式攪拌器(設(shè)為第n層)的功率消耗為:則總功率消耗為:2.3葉片功率消耗計算2.3.1多層等效擺動臂功率的計算攪拌機中葉片消耗功率的計算思路與多層攪動臂的功率計算類似,它首先要將同一層上多個分布葉片的功率消耗之和簡化為相應(yīng)的等效攪動臂的功率計算,然后再采用攪動臂功率的計算思路和計算方法,將多層等效攪動臂消耗的功率疊加得到多層多葉片的攪動消耗功率。2.3.2葉片徑向角度d攪拌機中各葉片的幾何尺寸及運動方向的投影面積都相同。根據(jù)攪拌軸轉(zhuǎn)一周簡化前后功率應(yīng)相等的簡化規(guī)則,垂直紙面方向投影面積大小即等于葉片所受的阻力功,簡化后雙葉片模型的葉片轉(zhuǎn)一周的面積應(yīng)等于簡化前同一層內(nèi)各個葉片形成的圓環(huán)面積之和,見圖5。簡化公式:式中,de/2是單層多葉片的等效攪動半徑,9/10是固體回轉(zhuǎn)體影響系數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)單層槳式葉片攪拌機在工作時,其攪拌葉附近的流體與攪拌葉以大致相同的角速度回轉(zhuǎn),形成強制渦部分,而隨著離回轉(zhuǎn)中心距離的增加流速減小,形成準(zhǔn)自由渦部分。通常把與葉片以同一角速度回轉(zhuǎn)流動部分稱固體回轉(zhuǎn)部分,它與外面的混合很差,它的存在使攪拌機的負荷增加。上述公式中,尚未考慮葉片與攪動臂的徑向夾角β,因為幾何因素對功率的貢獻參量是葉片在運動方向的投影面積,所以計算葉片模型的功率時應(yīng)乘以投影面積貢獻因子AA,AA和標(biāo)準(zhǔn)單層葉片模型的葉片直徑平方成正比,即AA∝d2,按照式(1)考慮徑向夾角β影響后的功率應(yīng)為:在這里忽略了在NP計算中d的影響,根據(jù)理論分析,當(dāng)β較小時這種近似是可行的。由式(2)和式(3)即可得出攪拌機中所有葉片的功率消耗。3表觀粘度試驗和功率消耗試驗結(jié)果四川某地區(qū)環(huán)保局在承接某煉油廠的煉油廢渣處理工作后,采用上述設(shè)計方法、計算模型和設(shè)計數(shù)據(jù),并在不同溫度下測定廢渣的表觀粘度為3和13,計算出的攪拌機功率消耗分別為53.1kW和90.2k