氣力攪拌裝置在石灰乳制備中的應用

肖永兵 饒玉師 王旭彪 劉寶華

（江西中煙工業有限責任公司廣豐卷煙廠 江西上饒）

化學工業、電廠除塵脫硫、冶煉、電鍍、酸洗等排放的廢水，pH值基本上顯酸性。處理此類工業廢水，通常選用石灰制成乳液后進行投加。石灰乳制備罐使用的機械攪拌機，存在故障率高、噪聲大、攪拌強度低等缺陷，容易造成罐底石灰料堆積，堵塞出漿口管道。利用壓縮空氣射流原理，使壓縮空氣從不同角度噴出，攪拌罐內溶液形成渦流，起到液層上下翻騰效果，解決機械攪拌方式存在的不足。

一、氣力攪拌裝置

1．爆氣頭結構

爆氣裝置使用4根Φ15爆氣管，每根爆氣管安裝不同角度噴嘴，壓縮空氣被導入溶液中，在攪拌器附近形成高湍動的充分混合溫和區，并產生一股高速射流，使液體具有較高的壓頭，推動液體在攪拌罐內循環流動。爆氣頭結構見圖1。

2.工藝參數選擇

根據生產現場攪拌罐尺寸及污水處理工藝要求，使用黃金分割法和正交試驗，確認爆氣頭安裝位置、噴嘴孔徑、噴嘴數、噴射角度、噴吹壓力等相應參數。

圖1 爆氣頭結構示意圖

（1）爆氣頭安裝位置試驗。選擇條件：向攪拌罐內投入19 kg生石灰粉，通過測量罐內有效溶液高度為1.6 m，要在這1.6 m中選取某一點安裝爆氣裝置，選取罐底記為始端0 m，罐頂為1.6 m。

選擇方法：采用符合工業設計的黃金分割法進行試驗。

試驗范圍：0～1.6 m。

試驗目標:石灰乳濃度達到標準，噴吹壓力P＜0.4 MPa

試驗結果：第一次試驗爆氣裝置安裝好點范圍0.61～1.6 m，在此區段內第二次試驗得爆氣裝置安裝好點范圍0.61～1.23 m，在此區段內第三次試驗得爆氣裝置安裝好點極值在距罐底0.86 m處。實際所需壓縮空氣壓力為0.37 MPa，接近罐內液體能充分攪拌所需壓縮空氣0.32 MPa。

（2）工藝參數試驗。選擇要求：孔徑選擇范圍，根據數學模擬，不銹鋼方形噴頭噴射角度125°～165°，為了使爆氣裝置噴面達到180°，噴嘴與噴管垂直線角度應在15°～55°。孔數選擇范圍，設計噴吹管長度為罐體直徑的4/5，每根噴吹管長度為400 mm，噴頭間距≥100 mm，孔數布置最多可達到4個，根據數學模擬，每根管最少布置2個噴頭，才能保證無噴吹死角，4根噴吹管可布置孔數8～16。噴頭孔徑選擇范圍，根據噴吹效果選擇及市場噴頭型號，噴頭孔徑選擇5～8 mm。壓力選擇范圍，根據液體充分攪拌所需理論值為0.32 MPa，考慮到管路壓損，試驗選擇0.35 MPa，爆氣裝置安裝在0.86 m時，能保證液體充分攪拌的壓力為0.37 MPa。因此選擇試驗壓力為0.35～0.37 MPa。

試驗目的：通過正交試驗尋求孔數、孔徑及噴吹角度、噴吹壓力的最佳參數。

試驗環境：爆氣裝置布置在罐體從底部往上0.86 m處。

確定考察指標：從投料后石灰乳初始濃度攪拌到180 g/L，所需壓縮氣最少耗氣量。

挑因素選位表：制定因素位表法 L9（34）（表1），正交試驗（表2）。

實驗結果分析：第7號試驗結果較好，較好的試驗號為A1B3C1D3。比較各列Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ大小，試驗好的條件為A1B3C2D3。比較極差的大小：第二列“孔數”因素的極差R=5.6，比其他各列的極差都大，對濃度是最重要因素，第二列“孔徑”是較重要因素。第一列“孔數”是次要因素。按照R大小，把因素主次排序，以及選用位級排列，見表3。

表1 因素位表法L9（34）

表2 L9（34）正交試驗表

表3 因素主次順序表

D因素屬于最次要因素，對濃度影響最小，因此從節能角度考慮，選擇噴吹壓力為0.35 MPa，從極差分析得出較好試驗條件A1B3C2D1，從試驗結果看A1B3C2 D1的方案未出現在試驗中，因此再進一步驗證比較較好的試驗號（A1B3C1D3）和較好試驗條件（A1B3C2D1）5次試驗得平均所用氣量分別為3 m3和2.8 m3。 最終選擇方案A1B3C2D1，生產驗證這是一個較優的方案，可以達到優質低耗效果。

二、氣動攪拌控制模式

根據生產需要，控制系統主要由石灰乳出漿口濃度采集、氣控部件調節及新料投入三部份組成，間隙式攪拌模式，自動配料方式。石灰乳制備工藝控制流程見圖2，設備工藝配置見圖3。

圖2 石灰乳制備工藝控制流程圖

圖3 石灰乳制備設備工藝示意圖

（1）控制原理。石灰乳溶液為懸浮物，在線測量懸浮物濃度計比照現場設定參數，可檢測出漿口石灰濃度。通過變送器將信號輸送到氣控電磁閥，當攪拌罐內濃度低于工藝參數時電磁根據電信號打開閥芯，向爆氣頭供氣及旋風氣動抽風機供氣，爆氣頭外噴壓縮空氣攪拌料液，旋風氣動抽風機吸入新料補充料液濃度。

（2）控制流程。采用模糊控制理論的控制方案。在全自動控制模式下，根據檢測到出漿口的濃度值，參考以往熟練工藝操作人員的經驗，分階段地實時調節不同控制算法和控制策略。控制原則是根據不同的工況條件實現不同的壓力調節。調試中，從壓縮氣低壓力開始往攪拌桶內石灰乳噴吹，如攪拌濃度達不到工藝指標，通過增加氣壓加強攪拌強度，通過實驗得出最佳壓縮壓力。探頭自動跟蹤出漿口在線濃度值控制石灰乳制備到出漿過程中，投料、攪拌。

三、氣力攪拌裝置應用效果

（1）故障率低。相對于機械攪拌器，氣力攪拌器無傳動部件，設備故障率低，配件更換容易，減少維修人員勞動強度。

（2）適用性廣。可以根據料液粘度不同，通過調整壓縮空氣壓力改變攪拌強度，而傳統的機械攪拌器是根據所需攪拌料液粘度選擇相應規格攪拌器。

（3）能耗降低。將7.5 kW漿葉式攪拌器，改為8個噴頭氣動攪拌器后能耗對比：漿葉式攪拌器24 h運行成本144元，采用壓縮風量能耗：將電磁閥開啟時間設置為0.5 s，脈沖頻率每小時20次，24 h運行成本26.88元。

（4）投資減少。一臺行星輪減速攪拌器費用一般在幾千元左右，且不耐用。氣力攪拌器所需材料無須外購，可在生產現場、車間直接加工，制作要求不高，只要焊接處不漏氣就能滿足使用要求。

（5）推廣性強。可廣泛應用于礦山及工廠等不會發生氧化反應料液攪拌領域。